
新能源汽车技术含量体现在电池、电机、电控系统的自主研发上,以及智能驾驶、智能座舱、智能底盘等智能化技术的融合。红旗新能源通过FMEs“旗帜”超级架构展示了其在新能源领域的深厚底蕴,包括高能安全电池、高效电驱等核心技术,同时无线充电技术的研发也展现了其创新实力。
说起燃油车,大家都知道技术含量最高的就是“三大件”:发动机、变速箱、底盘。现在进入新能源车时代,特别是纯电动车,定义就发生变化了。电池、电机、电控系统成了新的“三大件”,也叫做“三电”系统。但是,从智能电动车的发展现状和趋势看,仅仅有这三样是不够的。除了“三电”,还有“三智”,即智能驾驶、智能座舱、智能底盘。那么无论“三电”还是“三智”,就不是燃油车时代研发一堆硬件、打造一款纯机械的产品并交由工程师精心调校那么“钢铁直男”了。智能电动车从电机、芯片、传感器、雷达等硬件设备,到软件开发、系统集成、算法分析、数据应用等等环节,说实话,技术含量真不比开发一台燃油车低。当然不能忽视的,还有新能源车的安全性,电池的安全性。
这里正好有一个例子,咱们的“共和国长子”一汽红旗。它是很具代表性的品牌。作为中国最早诞生的轿车品牌,也是国内传统汽车品牌的代表,它在燃油车时代有着特殊的身份和地位,是国宾用车,也积累了大量的产品和技术开发经验。而当新旧时代转型到来的时候,我们都知道它也应该通过转型,快速进入到新能源领域。
红旗倒是很干脆,直接选择“Allin”。
这是今年1月初,红旗发布品牌新能源战略时的一个决策。全面、全方位、全体系地向新能源汽车领域转型。技术创新方面的投入全部用于新能源汽车,新增的产能也都用于新能源汽车。
不过,官宣“Allin”并不是说红旗新能源刚刚起步。实际上红旗已经为新能源转型做好了充分的技术准备。在官宣同时,红旗就推出了FMEs“旗帜”超级架构。从它的架构和一些核心技术,我们就可以看到新能源车的技术含量到底体现在哪儿。
早做准备,打造FMEs“旗帜”超级架构
2019年下半年,红旗就开始在新能源领域加大投入和前期布局了,FMEs“旗帜”超级架构就是这3年多来的开发成果。它的背后是一汽集团的8大技术群和115项关键技术领域的重大突破,并且拥有将近1000项专利和软件著作权,能够全面满足红旗新能源品牌所有车型的研发、制造和用户需求。
具体来讲,这个架构是由三个主平台构成的,一个是电动平台HME;第二个是混动平台HMP;另一个则是智能平台HIS。根据年初战略发布会的介绍,首先推出的两款新车分别是纯电中型轿车E001和B级纯电SUVE202,都是基于FMEs平台打造的纯电产品。
开头我就在说,“三电”和“三智”是衡量当前纯电新能源技术是否优秀的关键。那么HME电动平台就是让大家看到了红旗在新能源核心技术自研方面的实力。它主要包含四大系统:高能安全电池、高效电驱、高功率智慧补能和智驾安全底盘。
纯电出行,电池安全是关键
现阶段的新能源车,很多人会担心购买使用之后的补能和续航问题。但我认为,新能源车首先考虑的一定是电池安全。谁也不希望因为系统不稳定导致热失控,或者因为交通事故碰撞而起火,一旦烧起来,结果大家应该都能从各种新闻里看到了。所以红旗新能源开发的HME电动平台,其中一个系统就是高能安全电池系统,旨在通过一系列的技术手段,进一步提升电池系统的安全性。
高能安全电池系统包含了一系列自主创新的前瞻技术,如高安全耐低温电池系统、高容量混合正负极材料、高阻燃凝胶型电解质、隔热散热一体化、多源协同快热、全生命周期安全可靠及防止衰减等等,可以实现领先全球的每公斤260Wh的能量密度,并做到全场景无热失控,和零下10℃能量无衰减。
这里提到的高安全耐低温电池系统,首先在电池箱体材料上,采用高性能纤维配合增韧基体形成的复合材料来代替金属材料,除了具有轻质高强特性,它的阻燃隔热特性和绝缘性也比较好,经测试显示,在长达2小时以上的明火燃烧后,复合材料仍保留完好的形态,这样一来,整个电池箱体就能更好的保证了电池包的安全性能。
其次在电芯方面,我们都知道冬季的低温对电芯的性能衰减是有决定性作用的,而过充、挤压等极端使用条件,也很容易让电芯出现热失控的风险。因此红旗开发出了一款高安全耐低温的电芯。它采用高稳定性正极及特殊电极涂层设计,热稳定性温度提升至185℃;同时创新使用低黏度电解液、低阻抗电极设计技术,大幅提升电芯动力学特性,改善电芯低温活性,功率提升20%以上。
另外,红旗新能源通过车云融合健康管理技术和电池智能管理系统,在精准管理每一节电芯、最大化提升性能同时,实时地对电池状态数据进行上传和分析,实现了动力电池全生命周期内百余种失效场景的安全风险提前识别及预警。一旦发生电池系统的异常状态,该系统就会第一时间向用户发出预警提示,保障驾乘人员的安全。
与此同时,红旗新能源在整个电池包的架构上,开发除了隔热散热一体化技术,用立体化的绝缘技术为电池构建起可靠的安全屏障。
了解电池包结构的人都知道,传统电池包一般会把冷却板布置在电芯底面,在电芯大面通过厚厚的隔热垫来隔绝热量的传递,阻止热失控满眼,这种隔热方式中,隔热垫占据了电池包内部大量的空间,会导致整个包的能量密度较低。
红旗新能源则创造性地使用冷却板代替隔热垫,利用流动的冷却液带走电池热失控时产生的热量。
然后,再用一道道水冷板将电池包这个“大房子”,分割成一个个“小房间”,而不受控的热量,也被牢牢地关进了自己的“小房子”里,再也影响不了其他正常的小电池包了。这样与传统的隔热技术相比,隔热散热一体化技术隔热性提高50%以上,将危险电芯周围电芯的温度迅速地控制在100℃以内,能够保障单颗电芯发生热失控时,其他电芯安然无恙。
传统隔热技术隔热散热一体化技术
通过上述的这些技术,红旗对于电池的安全性是做足了准备。所以在今年1月的战略发布会上,也对外宣布了它的高能安全电池平台可以实现全场景无热失控,底气还是很足的。
做好新能源“三大件”是做强的基础
传统燃油车的核心在于三大件,而新能源时代的“三大件”则是指电池、电驱、电控系统。所谓的冰箱彩电大沙发,本质上都是一台新能源车“锦上添花”的显性配置,提升体验感的,但衡量一台新能源车技术实力的,终究还是电驱、电控等核心系统。在进行HME电动平台开发的时候,高性能电机的研发工作也已经开始了。作为纯电动车的“心脏”,高度集成化、高效率、高性能、高速化、低噪音、低成本是其发展趋势,优秀的电机能够为用户带来更迅捷的加速、更安静舒适的驾乘体验。红旗新能源给出的解决方案就是在红旗HSM电驱动系统中,首创双面银烧结塑封多合一SiC功率模块。它具有低损耗、高耐压、强散热、高可靠、高频率、封装紧凑等技术特点。
首先SiC功率模块采用了行业最新一代沟槽栅结构SiC功率半导体芯片,芯片组成单元尺寸更小,单位面积内可以布置更多的芯片单元,导通损耗相比Si基器件降低约70%,同时通过优化设计结构和创新的工艺技术,减少电能传输中的损失,电阻率降低超过35%。
其次在功率端子外部连接采用了激光焊接技术,减少了回路杂散电感,削弱了开关电压尖峰,降低开关损耗。而功率模块则采用转模塑封的封装工艺,有效减小了模块体积,实现模块小型化、轻量化,电驱动系统集成深度得以实现,间接提升了整车效率。
在运用大量创新技术后,SiC功率模块最高工作电压能够达到900V,最高工作频率可以达到20kHz以上,并支持25000r/min以上超高速电机的驱动需求,三合一电驱系统功率密度可达3kW/kg以上,系统输出功率400kW以上,大幅提高整车动力性和驾驶性。
另外,SiC功率模块的可靠性也得到了大幅提升。整个循环次数高达80k以上,模块持续工作结温从150℃提高到175℃,从而满足出行用车5年50万公里可靠运行的寿命要求。
红旗HSM电驱动系统
无线充电彻底解决补能焦虑的极致体验?
有意思的是,在打造FMEs“旗帜”超级架构和HME纯电平台同时,红旗新能源还为补能焦虑提供了一套解决方案。而且说实话,这也是我之前就提过多次的一个方式,即无线充电。
电车是非常适合无线充电的。现有的充电桩其实存在很多弊端,比如充电枪和线头电缆过于笨重(尤其是超充、超快充),使用不够方便,特别对于手劲比较小的女性车主;又比如公共充电设施,无论室内还是户外,用久了都很脏,尤其各个高速服务区一类的场所,刮风下雨或者冬天低温冰雪,脏也就算了,损坏或者失效的概率还会提高。
但如果有了技术的支持,我们的停车位都有条件改造成无线充电面板了呢?一来,充电操作不需要动手了,二来设备不需要经常插拔取放,不会有素质低的车主用完了随便扔。重要的是,如果成本可控,每一个停车位都可以改造,那么也就不会有燃油车占用充电车位的情况发生了。
另外从我们实际用车场景出发,除了长途出行,其实我们的车辆使用频率并不高,可能上下班通勤或者周末出去逛街吃饭,路程也就一两个小时,剩下大部分时间,车辆都是停放在车位上的,也就是说只要停着,就适合充电补能。
所以在无线充电技术方面提前布局和进行研发,我认为,即便功率不能和800V技术相提并论,但实际的应用便利性和布局难度,却是比800V更有优势的。或者说,城市内围绕停车位打造无线充电+高速服务区800V和换电站,构成一个全场景的补能体系,可能是更优的一种选择。
而现在,红旗新能源就已经开始做相关技术积累了。此前,红旗E-HS9车型国际首发应用了智慧无线充电系统,基于电磁感应技术,融合自动泊车、车桩互联,实现广域空间、复杂工况下的全流程无人化自动充电。
为满足极致用户体验,红旗采用被动信标技术,创新开发对位检测系统,联合坐标值及偏航角参数实现对位精度1cm,并通过360影像实时精准反馈副边车载线圈的相对位置,大幅提升了充电对位成功率。同时通过车辆端与地面端的三重抗扰Wi-Fi通信技术,实现设备的“无线化”操作。此外,红旗在车机控制与人机交互层面全新开发了自动、询问、预约、远程四种充电模式,满足不同场景下用户的充电需求,避免了来回搬运、刷卡扫码等繁琐操作,停车自动启动充电,离开时挂挡出发,便捷无感,再也不会忘记充电。
当然无线充电也必须考虑到安全可靠。红旗新能源针对无线充电系统进行了全面的技术研发与量产考核,采用了高阶谐振补偿网络、阵列线圈式金属检测技术,提出了车、桩、网三重安全防护机制,在电安全、磁安全、热安全、结构安全方面首创40余项技术规范。并通过自动化点胶工艺与高分子材料FIPG相融合,全方位提升设备IP等级,搭配行业领先的结构与硬件设计,让设备能经受雨水浸泡、冰霜覆盖、高湿、高温、低温等极端环境考验。
从技术上来看,FMEs“旗帜”超级架构是红旗新能源多年研发的成果,真要具体展开的话,很难通过一篇文章完整介绍。从这里也能看到,新能源汽车的技术含量远不是很多人以为的那些,真心不是一块电池+两个电机那么简单的。
总的来讲,现在正处于传统燃油车向新能源车时代转型的过程中,整个技术层面的大发展也刚刚开始。就说无线充电技术,尽管E-HS9已经应用无线充电了,但距离我提到的那些场景还有相当长的一段距离等待技术的成熟和普及。所以,真正扎根于新能源领域的企业都很清楚,这是一个“长期主义”的赛道。归根到底,拼的是技术研发的底蕴和实力,拼的是可持续的开发能力。红旗新能源就是这样,很稳、很扎实,就是依靠自己强大的研发体系,一步一步地做强新能源技术和产品。这才是一个“凭实力说话”的车企应有的表现。
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