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人无我有,人有我精 奥特能电动车平台为何如此能打?

【EV视界原创】也许现在当您在购买一款新车的时候,商家往往提到最多的,就是这款车基于什么平台打造。如果你是资深车主或许会明白其中的奥义,但是遇到小白车主,那听到的就是云里雾里了。其实关于平台这种东西,通俗地讲就是一整套的汽车生产流水线,不同车型在同一个平台上生产,可以共用整车设计、生产工艺、制造流程、以及质量管控等一整套流程。这就类似商家做好了一个蛋糕胚,上面就可以随意加奶油或者水果冰淇淋了。

但是话又说回来,虽然汽车的平台化已发展多年,但是大部分还都适用于燃油车,而随着新能源汽车的发展,作为纯电动车专用的底盘则开始走在崛起的道路上。目前,纵观国内纯电动车市场,所开发的纯电平台基本上被自主品牌占据了半壁江山,而在这方面作为合资品牌的则少之又少,其中热度最高的莫过于上汽通用的奥特能电动车平台了。

7月26日,上汽通用以直播的形式举办了“奥秘之旅”奥特能电动车平台技术公开课,而我也从此次的活动中,认真了解了整个奥特能电动车平台的众多信息。其实关于该平台,我第一次听还是去年在通用汽车举办的Ultium Day上。当时,通用汽车董事长兼首席执行官玛丽·博拉(Mary Barra)宣布了Ultium的中文名——奥特能,并说出了“我们坚信‘纯电动,全球享’的拐点已至,而通用汽车将引领这一变革”的致辞。那么,上汽通用奥特能平台将会如何引领这一变革?今天的公开课就做出了很好的解答。

首先,对于奥特能平台,讲的第一个就是关于电动车型最为重要的安全问题。就目前而言,消费者在购买一款纯电动车时,除了续航这个老生常谈的话题外,电池安全已成为了另一个关注点。根据国家应急管理部数据显示仅今年一季度,新能源汽车火灾事故共计640起,相比2021年同期上升了32%;平均每天发生七起新能源汽车起火、自燃事故,所以现在关于电动车自燃事件的新闻都会成为消费者私下讨论的热点,特别是之前某中国台湾明星的车祸,可见电池安全不容被忽视。

这里要敲个黑板了。

对于电动车上的动力电池来说,一般在遇到外界的作用力如碰撞等,都会在一定程度上造成车体和电池包的损坏,而这种损坏也多多少少的会造成电池包里的电芯破损发生热失控。

而当一个电池单体发生热失控之后,相邻单体受影响后也相继发生热失控,导致热失控蔓延造成的连带效应后引发安全事故。这就好比在茂密的森林之中,如果一棵树木被引燃,在借助风力等因素后,会逐渐蔓延起来,形成大范围的森林火灾。所以说如果要保证一辆电动车型的电池安全,首先它必须要通过国家的标准才行,但是奥特能却以“超规”的姿态在挑战这电池安全方面的问题。

奥特能平台的电池开发和测试虽严格遵循了通用汽车全球新能源车相关标准,但这个试验条件远高于中国新能源车的国标。

比如说,电芯选料阶段,采取100%电芯DCR(直流内阻)检测,试验累计测试达320万小时以上。电池包跌落试验国标要求是1m高,奥特能用2m高;挤压试验国标是100kN,奥特能用300kN;针刺试验国标要求电池包温度>0℃、SOC>95%,而奥特能做到了温度>45℃SOC>97%。其他试验中也采用了高标准测试,例如电池包振动试验的时长是国标的近3倍,盐雾试验的时长是国标的20多倍,电芯温湿循环次数是国标的90多倍。

可以说这一些的测试基本上在业内也是很少有企业敢于尝试的,除了展现出上汽通用对于奥特能的信任外,从另一个方面来讲,这与其所包含的技术实力不无关系,而这也是我们要重点说的。

奥特能纯电平台的安全技术,可以说是一个从“单一”到“整体”的系统性规划,并以此来做到由内而外的全方位防护。

首先在电芯的材料配比上,相比其他车企电芯直接由供应商提供所不同,通用在电芯设计阶段就深度参与电芯化学体系设计和性能开发。一般来说为了提高车辆的续航,很大程度上要取决于高镍电池的发展。但随着镍含量的提高,正极材料的稳定性也随之下降,导致热失控引发电池自燃风险上升。

而奥特能平台采用的电芯基于通用汽车全球统一的安全与性能标准,联合本土供应商在811 NCM高镍基础配方上研发出的专属优化配方,其中在正极专属配方中会定向掺杂稀土元素铆钉游离氧,控制电芯内的气体,减少膨胀。更高容量负极材料(355mAh/g)减少充电过程中锂离子形成晶体损坏内部结构。

据官方介绍,专属电芯热稳定性比基础配方提升了10%,并且在电池组生产过程中,100%直流内阻监测系统也将在制造焊接、电芯品质和下线性能一致性给予保障。 

虽然从电芯单体出发来增加电池的稳定性是一个不错的点子,但这对于抑制电池包整体热失控是远远不够的。那假如真正发生了热失控,奥特能该如何保证驾乘人员的安全呢?这时候的七种核心电池热管理技术就该展现出真正的实力了。

所谓七重核心电池热管理技术,首当其冲的就是电芯间隔热墙设计。在电芯与电芯之间,添加了加厚设计的纳米级航天材料气凝胶,这种材料可以达到1000℃的隔热以及UL94V0级的阻燃效果,有效抑制了电池模组之间的热失控蔓延,为乘员的疏散获取时间。

除此之外,电池包还拥有抑制热扩散技术,其独特的“安全阀+快速排气通道”设计,可以快速地将热失控电池模组所喷发出的气体温度降低并排出电池包,减少热失控电池模组对其他电池模组的影响,提升电动车的安全性,能避免热蔓延引发的二次事故。

另外,作为动力电池系统的看家本领,奥特能还搭载了一套集成式液冷系统,其模组底部集成独立液冷板,它与传统整包采用大块液冷板设计相比,可以将换热效果提升10%左右。并且该技术还可以通过流量控制,将电芯间的温度差把控在1℃左右,保证了电芯整体寿命的一致性,让电芯的在整个生命周期的老化与电量衰减活性的程度一致,使电池寿命整体提高约15%。

除了上述提到的在电芯之间设计了一道气凝胶隔层外,在整体的电池包上,奥特能还进行了模组和整包的防火设计。在电池包上盖内侧通用添置了气凝胶防火毯,对乘员和整车进一步保护。

并且在电池包上还采用了后置大面积防爆阀设计,它跟模组和整包的快速排气通道相结合,一旦热失控可以迅速排出高温气体,进行快速散热。除此之外,电池包内部高压元器件具备在电芯热失控后防止拉弧(气体放电)设计,降低电池包遭遇极端事故时发生重大安全事故的可能性。


最后,奥特能电池包还搭载了“车-云”实时智能监控系统,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,并通过奥特能无线电池管理系统上传到云端。一旦检测到失控风险,电池包就会主动采取快速冷却以控制热扩散,保障安全。

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,并提供高级别的电池健康异常预警,防患于未然,带来更主动、更智能的电池健康风险管理。

这里值得一提的是,奥特能平台相对于其他车企纯电平台最大的不同那就是业内首创的无线电池管理系统即wBMS系统,它可减少电池包内90%的线束,并且相应地减少大量连接器和接插件,大大降低传统线束老化带来的风险,并降低故障率,从而提升系统运行的质量和寿命。当然,在电池包的组装上也更为便捷,而这也提高了生产的质量与后期维修的更换难度。


说到这,问题就来了。采用无线通信的模式,会不会被周围的电子信号如手机信号等所干扰呢?通过在专业的EMC(对电子产品在电磁场方面干扰大小和抗干扰能力的综合评定)检测机构的测试,无论是多强的信号干扰,奥特能平台电池包的无线电池管理系统都可以准确实时地将电信号传输出来,因此在稳定性及可靠性上是完全不需要担心的。

另外在使用效率上,电池包中每一个电池模组上都有一个独立的通讯模块,每个模块既可以单独和BMS通讯,也可以在模组之间接力通讯。即便某一个CMU失效,也可以让相邻的CMU完成接力通讯。

除了以上的主动防护措施外,奥特能的电池包在整体的结构强度上,也做了充分的设计。

奥特能平台采用全新一代高强度井字形结构电池防护架,超高强度钢占比37.5%,高强度钢占比约61%,整包的抗挤压性能为国标要求的3倍。

之前奥特能就做过一次模拟实验,用吊车将电池升高到距离地面5m的高度,并在地面放置了金属圆柱体来模拟汽车侧面柱碰撞。而通过实验结果来看,动力电池包仅外防护防撞梁变形,而拆解显示电池组并未发生损坏,且并未出现冒烟和起火现象。

当然,坚硬的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,对整车安全有促进作用的同时,也可以提升操控极限。此外还有IP67防尘防水和IP6K9K高压喷水防护的密封等级,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。

奥特能平台还搭载了全新开发的BEV HEAT(Harmonized Enhanced Advanced Thermal System)高效综合热管理系统,该系统集合了行业领先的硬件系统和覆盖多种使用场景的智能化软件热管理策略,整合空调、电池和电驱三大散热系统来进行整车热管理,适用温度区间宽,效率高。可利用电池进行蓄热,制冷剂直接对空气换热,座舱可快速出热风或出冷风降温。

另外,智能化热管理软件策略还可根据电池的实际温度、环境温度以及乘员舱空调需求等因素,对电池和乘员舱进行合理的能量分配,实现座舱舒适性、驾驶品质、能耗、电芯寿命及电池安全的最佳解决方案。

说完了奥特能在电池安全方面的技术,那我们就在继续看一下其在电驱方面的技术实力。

在我们对于纯电动车型的认知中,或许跑得快只是它最鲜明也是最有代表性的亮点之一。可是,如果要定义一台纯电动车型是否“高性能”,那只有“跑得快”是远远不够的,需要具有更加全面的表现才可以。而奥特能电动车平台拥有全面的性能架构,除了驱动方面外,其还包括架构兼容性、拓展性等,可以说全面均衡地赋能不同类型的电动产品,同时满足消费者多元化、个性化的需求。

奥特能平台采用了前置电机、后置电机、后置驱动辅助电机三款高度模块化电机,并支持前驱、后驱、经济四驱和性能四驱4种形式。其中,以奥特能平台打造的凯迪拉克LYRIQ锐歌就采用3合1的后驱单元,峰值功率255kw,峰值扭矩440N·m,最大驱动电机系统效率可达96%。

奥特能平台所采用的电机全面采用了扁线绕组方式,以此来提升电机峰值和持续性能,同时采用自粘铁芯提升电机效率和NVH水平。另外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,与传统得水冷方式相比,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,提升了系统综合效率。

所以基于该电机技术与架构,奥特能平台可支持多种电池和电驱组合方案,满足不同续航里程、不同驱动形式、不同性能的产品,可覆盖轿车、SUV、MPV、皮卡等车型。同时,针对目前的中国市场,奥特能平台还可适用8模组、10模组和12模组三种电池包组合,可通过模组的增减满足不同尺寸和续航里程车型的需求,做到“一盘在手,车型我有”的境界。

在用户日常充电补能方面的需求上,如果经常使用第三方充电桩充电的话,在便捷性和稳定性上就会影响客户利益和体验。对此,泛亚在电动车开发前期就进行全场景的充电分析,从车端、桩端、用户行为端来分析和判断影响充电过程和效果的因素,籍此开发了充电异常检测算法,进行台架系统和整车级别的主动故障注入测试。同时,还对充电桩市场占有率TOP10的运营商品牌进行充电融合测试,实现主流充电桩品牌的全覆盖。

写在最后:

通过本次奥特能电动车平台技术公开课,我们也更详细的了解了上汽通用在纯电平台方面的发展与布局,这之中有我们熟知的,也有我们为之惊喜的。可以说无论是技术层面还是结构层面,奥特能电动车平台具有同行业较为领先的水准以及非常大的发展潜力。而从中我们更能看到基于此技术打造的凯迪拉克LYRIQ锐歌,无论在安全还是性能方面都有着“硬核”的背书,因此我们更期待其上市后实际运用的表现,我们拭目以待。

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刘昊编辑
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