大模组电池/8层发卡绕线/同轴电机荣威R ER6三电很有料-新浪汽车

毫无疑问，2020年是中国新能源汽车技术研发方向的分水岭。2020年之前，由于政府为了扶持新能源汽车的技术发展，在给出高额补贴的同时，定下了一些并不符合科学发展的衡量标准，这种”拔苗助长“的方式指挥着众多企业，将技术研发放在“大干快上、不惜成本”的方向上，在取得长足进步的同时，也留下不少遗憾。

而从2020年开始，政府针对新能源车的高额补贴已经退坡至“无足轻重”的程度，再加上车企前期的技术研发已经积累了很多经验和教训，因此从2020年开始，中国车企的新能源技术研发方向已经慢慢转向“精耕细作、实用优先”的方向。最明显的例子就是铁锂电池的回归、精耕NCM523配方三元锂电池成组方式、提高电机和减速器的能量密度、减小体积和重量等技术革新。在这方面目前做的卓有成效，而且能够将研发成果投入实车量产的就是上汽荣威，而首款车型就是荣威R ER6纯电动轿车。

下面我就来介绍一下荣威R ER6这款车具有代表性的几项全新三电技术，看看如何在严格控制整车成本的同时，能够增加续航里程，以及提升动力表现。我们先对荣威R ER6做一个简单的介绍，作为R品牌ER系列旗下首款旗舰轿车，ER6可以做到620公里的纯电续航、15分钟充电200公里，以及百公里电耗低至12.2度，是目前售价20万元以内唯一620公里续航的纯电轿车。

大模组电池新格局低成本523配方电芯再战江湖

电池是一辆纯电动车最关键的部分，也是政府补贴所针对的初衷。之前由于政府的补贴金额较高，而且技术指标逐年飞跃，在竞争激烈且成本敏感的纯电动车领域，没有任何车企敢轻言“不要补贴”，因此技术研发全都围绕着能拿到补贴的技术标准，跟着那些“不太符合科学发展观规律”的指挥棒跳舞。但随着2020年补贴退坡接近于无，车企就要面对选择，到底是继续坚持高成本的“最新科技”，还是把现有技术深加工，通过更精细化的管理和创新性的应用，通过较低的成本来换取更好的发展。

有些盲目自大的车企硬着头皮选择前一种方式，而聪明的上汽荣威选择了后者，至少在荣威R ER6这款车上是这么做的。

荣威R ER6首次搭载创新性大模组电池方案，并采用成熟稳定的NCM523电芯，电池能量密度达到180Wh/kg，综合续航达到620公里，与成本高昂的NCM811电池几乎不相上下。同时，新车电池还采用了疏堵结合的热失控防护，并通过UL2580电池安全认证，为用户提供了安全可靠的产品体验。

大模组：之前主流车用动力电池的发展思路是从电芯组成模组，再把模组组成电池包，主流纯电动车型的电池包体积成组率大概在40-50%，质量成组率在65-75%。简而言之，电池包内部接近一半的体积，以及三分之一的重量都浪费在一个一个模组的外包装和内部隔断上了，并没有用来存储电量，系统能量密度的分母无意义的增加，在能量密度方面还有很大的提升空间。

而荣威R ER6搭载的电池包则创新性地把多个标准模组打散，重新集成更大的模组，大幅减少零件数量以及零件安全连接需求空间，进一步提升集成效率、增强结构强度。

用最直白的话说，原先一个大盒子里分装了10个小盒子的白砂糖，整体容积和重量都浪费在这10个小盒子的包装上了。现在把原先的10个小盒子合并成3个较大的盒子，虽然仍然装在同样一个大盒子里，但省去了很多分装小盒子的体积和重量，这样就可以装的下更多的白砂糖。

集成效率提升

体积能量密度提升34%：通过采用大模组的设计思路，电池包体积能量密度提升了34%，对比其他同尺寸电池包，电池能量（1/3C）从54.3kWh提升到了72.7kWh，增长了近20kWh的电量。

质量能量密度提升15%：电池包还采用了一体式铸铝托盘，把冷却板与框架集成为一体，兼顾电池冷却和加热功能，在确保PACK框架强度的同时，还进一步提高了集成效率。电池包仅靠NCM523电芯，就把能量密度高做到180Wh/kg，与上一代产品相比，质量能量密度提升了15%。

结构强度增强

零件数量减少22%：ER6采用大模组方案，模组变大、数量变少之后，减小了布置安装、电气连接、操作预留等空间需求。新车大模组电池零件数量相比上一代产品减少了22%，不仅能够实现整体的轻量化，还能留出充裕的重量空间。

下托盘结构优化：在电池下托盘方面，ER6沿用上一代的一体式托盘设计，并对整车安装点的结构形式、四周侧壁各种加强结构以及托盘内部加强结构进行了精心优化，真正将重量用在了刀刃上。

UL2580电池安全认证：ER6采用的电池均严格按照全球顶级的UL2580电池安全认证标准设计，并通过了国家公告法规认证、ECER100欧盟法规等安全标准认证，为用户提供安全保障。

将电池包起火爆炸的风险扼杀在摇篮里

说到电池包的安全性，恐怕安全性是大家最为关注的。每次新能源车发生起火燃烧的事故，哪怕是非常明显的车内货物被点燃而引发的普通火灾，都会被人质疑是动力电池自燃。所以只要车见明火，动力电池都会第一个出来背锅。为了将起火爆炸的风险扼杀在摇篮里，荣威R ER6在电池结构、电芯选择、以及安全措施等方面也做了很多创新式的改革。

热失控管理系统：汽车主机厂的责任是在电池包层级提供尽可能多的安全防护措施。上汽在ER6设计中严选成熟稳定的523电芯和性能优良的防火罩，以及疏堵结合的排气通道，并通过BMS电池管理系统和热失控报警机制，对电池温度进行实时调控，有效延缓热蔓延过程，降低热失控风险。

成熟稳定的523电芯：ER6的电池选用相对成熟安全的NCM523电芯，镍、钴、锰在材料中的比例为5:2:3，钴和锰的比例高，有更高的安全和稳定性。

性能优良的防火罩：在电池包内，防火罩把所有电池模组都罩起来。这层防火罩包含两层结构：一层是硅胶为主的复合材料，它在高温下会陶瓷化成一种质地坚硬的半无机材料，这种无机材料不仅自身不会燃烧，同时具有出色的隔热性能，能够防止电芯喷出物引燃或熔穿电池包上盖；另一层是非常薄的玻纤材料，它的任务是在陶瓷层还未形成时提升其整体强度，使材料不至于撕裂或散架。防火罩设计的存在，可以在一定时间内避免密封面周边的过热风险，将高温烟气通过电池包内的烟气通道，经由箱体上设置的防爆阀排出，在足够长的时间内，确保乘客舱安全。

疏堵结合的排气通道：ER6在电池包箱体上设置了“只通气不过水”的平衡阀，并在电池包上放置了4个排气量充足的单向弹簧防爆阀，构建起疏堵结合的排气通道。

平衡阀：ER6在电池包箱体上设置了“只通气不过水”的平衡阀，以应对电芯热失控时所释放出的大量气体，平衡电池包内外压差。

防爆阀：ER6电池包精心设计了防爆阀结构，在防爆阀内侧增加了一层薄钢片，避免高温烟气直接冲击防爆阀而引发爆燃。高温烟气需要通过防护钢片的阻挡，再从钢片与电池托盘的间隙中到达排气阀口，在这个被精心设计的过程中，高温气体的热量很大一部分已经散到外界，实际排出的气体已不足以燃烧。

及时有效的热失控防护：热失控从原理上来说，是某个电芯的温度超过了阿仑尼乌斯方程的临界温度，进入了不可控的区域。为将热失控发生的概率降到最低，ER6更换了模组下方的导热材料，并通过BMS电池管理系统、热失控报警机制，实时监控热失控情况，及时进行调控，有效降低热蔓延速度。

导热材料：通过结构方面的合理设计，控制电芯温度，可以将热失控发生的概率降到最低。ER6的电池包更换了模组下方的导热材料，改善贴合度，降低接处热阻，使得电芯的热量能更快、更高效地疏导到水冷板，将单个电芯的热失控防范于未然。

关于液冷：之前荣威的一些车型由于没有液冷系统，或只有散热没有加温功能，在使用过程中会遇到些许不便。而荣威R ER6则彻底解决了这个问题，电池的水冷板在电芯大模组之下，模组和水冷板之间有导热材料，水冷板里有水路管路，通过导热材料，将热量传导到水冷板，再通过冷却液循环实现热交换。

BMS电池管理系统：ER6通过BMS电池管理系统实时监测热失控情况，当监测到热失控有可能发生时，全速运转电池水泵，配合导热材料，能够迅速将热失控电芯附近局部过多的热量转移到电池包其他位置，并提供相当于4个额外电芯的热容，大幅度降低热失控情况发生的概率。

热失控报警机制：ER6利用大数据机制，结合后台监测和计算电芯状态，建立热失控报警机制，打造最后一道防线。

电驱系统高度集成 8层发卡绕线提高功率密度

电驱系统是纯电动汽车的核心，其性能和效率直接影响电动汽车的动能。荣威R ER6搭载高功率、高扭矩密度的8层Hair-pin电机，结合紧凑的创新同轴布置方案，集成同级领先的电驱动总成，其功率密度超越市场上现有同级产品，不仅让车辆获得更长的续航里程，同时缩小体积的驱动总成可以给车辆留出更多空间，给设计师更多发挥的余地。

8层Hair-pin（发卡）绕组设计：电机在定子上的绕组里通过电流形成磁场来驱动车辆。绕组的材料即使用纯铜来做，也会有一点点电阻，由于通过绕组的电流很大，在大功率高速运转时，这一点点电阻就会造成很大的发热和能量损失。为了解决这个问题，上汽工程师从绕组的结构上想办法把截面积做大、长度做短，选用了Hair-pin扁线绕组。一般的Hair-pin扁线绕组是2层一组，从上到下是两组4层排布。但随着电动车动力需求的增加，电机的转速越来越高，通过绕组的交流电的频率也越来越高。这里的交流电有着明显的“趋肤效应(skin effect)”，导致中间的面积被浪费，周围的电流很大，发热明显，效率降低。所以，工程师把绕组继续拆分成8层，并合理设计结构，形成了现在的8层Hair-pin绕组设计，实现了电机效率、功率密度和扭矩密度的提升。

效率提升：现在永磁同步电机的效率已经高达96%，即将逼近物理上限，而ER6搭载的8层Hair-pin绕组电机，最高效率再次提升1%，带来更精准、更具爆发力的强悍动力。对比4层Hair-pin绕组电机，8层Hair-pin绕组电机效率≥90%的区间从83%提升到了88%，增加了整整5%。

通过仿真软件测算的效率MAP数据显示，同一款ER6车型分别采用8层Hair-pin电机和4层Hair-pin电机时，搭载8层Hair-pin电机的车型NEDC工况的平均电耗从13.8kWh/100km下降到12.2kWh/100km，降幅超过11.5%，切实提升车辆续航里程。

功率密度和扭矩密度大幅提升：在有限的平台电流和电压条件下，工程师优化了电机定子绕组连接设计和转子拓扑，结合优化的电机冷却系统，可以控制电机温升，从而实现较高的扭矩密度和功率密度。ER6采用8层Hair-pin绕组技术，电机槽内绕组连接方式更加灵活，更易实现不同支路之间的电流均衡，降低电机局部过热绝缘损坏的风险，同时也易于通过优化绕组排布降低同一槽内相邻导体间的压差，从而降低电机匝间短路的风险。与上一代电机相比，ER6电机的功率密度进一步提升53%，接近6kW/kg；扭矩密度进一步提升12%，接近12Nm/kg，比特斯拉 Model 3 (配置 |询价)搭载的电机更高。

15000rpm高转速：随着电动车从低端发展到高端，用户既需要在低速有强劲的加速，又需要很高的最高车速，以及在120kph高速行驶时仍然保持有加速的动力。但如果电机的转速范围不够宽，比如只有10000rpm，那么无论是给纯电车型设计一个很大或者是不够大的减速齿比，最高效区间对应转速的范围都不够合理，整车能耗不能得到最好的优化。而ER6采用的8层Hair-pin扁线绕组电机实现了15000rpm的最高转速。同时，通过合理的齿比设计，新车0-100km/h加速仅需7.8s，极速达185公里/小时。

创新同轴布置方案：现在市面上纯电动汽车的电驱系统一般采用平行轴布置结构，对于空间的利用率不高，而ER6的电驱系统采用同轴布局结构，输出轴、半轴、电机轴在同一轴线上，进一步压缩车辆高度和前后方向上的尺寸，相较于采用平行轴布置结构的纯电动汽车，能够为用户带来更宽敞的乘坐空间。

同轴布局方案的尺寸及布置优势：电机的特性决定了电机的转速和轮端的转速差别很大，期间需要10倍左右的总体减速比。为了解决10倍传动这一问题，一般纯电车型会把它拆成两级传动，即通过一个中间轴做成两对齿轮来解决，传动轴从两根变成了三根，没有充分利用空间。上汽工程师在ER6上则采取了另一种方法，把电机输出轴做成空心的，在里面再嵌套一个轴承，然后在这根轴承里放一根细的轴，外面的空心轴和里面的实心轴以10倍左右的关系各自旋转，互不干涉，这样就充分的利用了半轴周围空间，避免了空间浪费。