奥特能电动车平台技术公开课:更安全、更智能、更性能的奥秘所在

奥特能电动车平台技术公开课:更安全、更智能、更性能的奥秘所在

顾亭亭 / 2022-07-27 15:4126656
标签:汽车

在去年9月,通用汽车正式推出了奥特能(Ultium)电动汽车平台,新平台整合了通用汽车20多年的电气化经验和前瞻技术,同时也是通用全面电气化转型的标志。7月26日,在泛亚汽车技术中心,上汽通用举办了一场奥特能电动车平台技术公开课,围绕安全、智能、性能等方面,让大家可以一窥奥特能平台出色表现的核心所在。

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作为一款专为电动汽车设计的平台,奥特能将模块化和智能化有机整合,实现了灵活开发的平台架构,并能够根据市场和用户需求,选择不同的电池和电驱方案,以满足不同续航里程、不同驱动形式,并覆盖包括轿车、SUV在内的不同车型。

而作为传统车型电气化转型的成果,奥特能平台也承载了通用汽车诸多创新型的运用,并涵盖了安全性、智能化,以及性能三个方面。

更高的安全标准

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在当下的新能源汽车领域,安全始终是用户最为关注的一个方面。对于上汽通用来说,同样如此。奥特能电动车平台满足ASIL-D系统安全的最高等级,这也是汽车行业电子电气系统安全层面的最高标准。并且整个平台的开发也围绕电压、电能、物理防护、电力系统负载端绝缘电阻四重电动车五星安全评价的设计标准来进行的。

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确保电动车的安全性,首先在于最基本的电芯,奥特能采用了811 NCM锂电电芯,并且是由通用汽车、上汽通用汽车、泛亚汽车技术中心和电芯供应商共同完成电芯的设计开发与验证。电芯正极选用了高能量密度811三元,同时还定向掺杂稀土元素铆定游离氧,以减少氧的释放量。而在电池负极,采用了高容量石墨负极,增加电量,以减少充电过程中锂离子形成晶体,破坏内部结构带来安全隐患。

在奥特能电池配方的加持下,电芯具备了更稳定的性能、更长的寿命,热稳定性提升10%,支持全生命周期快充。

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说完内在电芯,在整个电池包外在的框架上,奥特能也大量采用了高强度材料,以便为电池包提供可靠的保护。其中1500MPA 超高强度钢应用占比达到了37.5%,高强钢应用占比约61%,能够承受300kN的挤压测试,达到国标要求的3倍。

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尽管做了非常周全的考量,但如果电池真的发生了热失控,奥特能又将如何来应对呢?为此,奥特能采用了七重核心电池热管理技术,来应对这种情况,这包括电芯间隔热墙、抑制热扩散技术、集成式液冷系统等多项专利技术。

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奥特能采用了纳米级航天材料气凝胶来作为电芯间隔热墙,能够有效降低电芯间的热传递。并且在电池包加入了快速排气通道,在单个电芯热失控时,可以快速排出高温气体,以降低对相邻电芯、模组的影响。

同时,每个模组还配备了具有专利设计的集成式独立液冷板,相比业内常见的集中式液冷板,换热效果提高了约10%。同时,通过独特的流量控制,液冷系统还可以将电芯间的温差控制在1℃,确保电芯老化一直,提升电池寿命。此外在BDU电池分断单元里也放置了液冷板,这样的设计在业内也并不多见,可以使BDU单元支持大于1200A的峰值电流负载,发热最高温度小于65°C,消除对周围零件热影响。

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奥特能还对模组和整包加入了防火设计,在电池包上盖内存加入了气凝胶防火毯,以便对于乘员和整车做进一步的保护。而在电池包上还采用了后置大面积防爆阀设计,它能够跟模组和整包的快速排气通道相结合,在热失控时迅速排出高温气体,快速散热。同时,针对电池包内部的高压元器件,还进行了防拉弧设计。

更未来的智能属性

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在解决了安全性的问题之后,就要说说奥特能在智能化方面的表现了。这里非常值得关注的,就是奥特能首创的无线电池管理系统——wBMS,相比传统方案,它能够减少电池包内90%的线束,降低传统线束老化所带来的风险,并简化系统,降低故障率。同时还能简化电池的装配流程,从而提升整包的生产质量及效率,并且降低后续售后维修的成本。

wBMS在每个电池模组上都加入了一个独立的通讯模块,每个模块即可以单独和BMS通讯,也可以在模组之间进行接力通讯,整体系统采用了自适应混合网络架构,当莫一组模组出现通信丢失时,临近模组可以进行数据代发,以避免信号丢失情况的发生。

而在安全方面,系统采用了3种加密算法及秘钥管理,能够有效避免车辆遭受恶意攻击。同时无线模组采用了0.1uW对外辐射功率强度,远低于国标要求。

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此外,奥特能还采用了“车-云”实时智能监控系统,通过车端气压/温度/电压传感器,24小时不间断、高频率监测电池包和电芯状态,一旦检测到失控风险,就会主动采取快速冷却以控制热扩散,确保安全。云端数据平台还能基于电池生命周期数据,提前识别电池析锂、内短、鼓胀、漏液等热失控隐患,提前预警电池健康异常,防患于未然。

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奥特能还开发了BEV HEAT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。

比如在冬季,当车辆连接充电桩的情况下,BEV HEAT系统的充电预处理模式可以最大程度利用充电桩端电量而非车内电量,来优化用户在冬季启动车辆后的座舱空调的舒适性,节省车辆启动阶段加热电池及加热乘客舱的电量消耗,从而增加车辆在低温环境下的续航里程。

而在夏季高温环境下,BEV HEAT系统将全面考虑整车性能、续航、电耗、快充性能、电芯寿命、电池安全和座舱舒适性,根据行驶模式、充电模式、快充+空调系统启动场景、驻车模式、快充预处理模式、极端酷热情况等不同场景,对电池和乘员舱采取最合适的冷却策略,确保安全与舒适。

更出众的性能架构

最后回到车辆的性能上,对于电动车,大家首先想到都是极致的输出动力所带来了的畅快驾驶感。但真正去评价一辆车,仅仅是跑的快显然是不够的。奥特能电动汽车平台具备出众的性能架构,全面均衡的性能可以赋能不同类型的电动产品,满足消费者多元化、个性化的需求。

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奥特能提供了前驱主力电机、后驱主力电机和后驱辅助电机3种功率的驱动单元。以现场展示的凯迪拉克LYRIQ锐歌后驱车型为例,它采用了一台3合1电驱单元,峰值功率225kW,峰值扭矩440牛·米,最大驱动电机系统效率达到了96%。

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奥特能平台所采用的的电机采用了扁线绕组技术,能够带来更高的输出功率和扭矩。而自粘铁芯可以提升电机的效率和NVH水平。同时,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,采用内置油泵,可主动喷油进行润滑与冷却,提升了系统综合效率。相比业内常见的水冷形式,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。

凭借模组化带来的灵活特性,奥特能电动车平台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、皮卡等不同轴距和尺寸的各类造型需求。针对目前的中国市场,奥特能平台还可使用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。

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车辆补能方面,考虑到当前现状,第三方充电桩充电的便捷性和稳定性对客户利益和体验的影响,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。

全面的试验验证体系

在电气化大环境下,上汽通用汽车在新能源领域厚积薄发,布局了上汽通用汽车Ultium奥特能超级工厂、泛亚汽车技术中心新能源试验大楼和广德电池安全试验室,具备了从技术研发、试验验证、生产制造到本土采购全链路的新能源完整体系能力,为奥特能电动车平台落地中国提供了强大的技术保障。 

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其中泛亚汽车技术中心新能源试验大楼和广德电池安全试验室这两大“三电”技术试验中心,完善了电动化试验开发的全过程能力,覆盖新能源车型核心三电零部件的主要试验验证项目,为上汽通用汽车构建了完善的新能源试验体系,为企业电动化发展提供强大的工程加持。

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两大实验中心涵盖了电池振动测试系统、电池性能测试系统、电驱变速箱试验系统、电控开发测试系统、整车充放电环境舱、性能耐久试验室、热稳定试验室、针刺挤压试验室、短路&过充过放试验室,为奥特能平台的更安全、更智能、更性能特性打下了扎实基础,也为上汽通用后续研发提供技术保障。

写在最后

通过此次奥特能电动汽车平台技术公开课,我们详细地了解了上汽通用在纯电平台方面的发展与布局,同时也看到了上汽通用在电气化转型方面的悉心投入,当然还有传统车企的多年积累对于电气化转型的帮助。

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目前,基于奥特能平台的首款量产车型凯迪拉克LYRIQ锐歌已经上市并开启预售,今年9月就将开启交付,在未来,基于该平台将会打造30款电动车型,其实国内市场将会推出超过10款纯电车型。并且除了高端产品外,还将会推出中端车型,以覆盖更多细分市场,我们也期望能够看到奥特能电动汽车平台能够取得更加出色的成绩。


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