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盘点让汽车更轻、更快、更智能的“颠覆性”技术(下)

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混合放电技术

图源:IEEE Spectrum

在全球碳中和的背景下,传统燃油车在市场的霸主地位逐渐被新能源汽车所撼动,电动化和智能化不断重塑整个汽车产业形态,然而,当一个新事物出现之后,与它相关的问题也随之而来。

依靠燃油发动的传统燃油车在发生碰撞时会导致汽车起火,那么依赖高电压电池的电动汽车在碰撞后是否也会发生触电事故?此前,行业内就曾出现一波讨论热潮。

相关研究表明,尽管发生几率很小,但仍存在这个可能。

在电动汽车上,动力电池、驱动电机、高压配电箱和高压线束等零部件组成了整车的高压系统,一般而言,电动汽车的电池电压在336-800V 区间。

在整车制造中,为了防止高压触电,电动汽车会内置触电保护装置,在发生碰撞之后,汽车的中控系统会切断相应的高压电路,具体表现为,当汽车电源的火线和零线的电流不相等,断路器将立即跳闸,将电池与其他部件隔开,并且通过齿轮箱与驱动电机断开连接。

联合国欧洲经济委员会(UNECE)条例R94规定,在发生碰撞后,除电池本身外,任何车辆部件的电压必须在不到一分钟的时间内降至安全水平(60 V)。

然而在现实中,当汽车发生碰撞时,分别存储在电容器和电机中的残余电能和机械能将在直流母线内保持初始电流水平5分钟以上,这不仅违反了高压安全要求,而且增加了触电的可能性。

今年7月,英国约克大学的副教授Dr Yihua Hu 与他的研究团队提出了一种可显著降低这种情况发生的几率的技术,相关研究发表在《IEEE电力电子学报》上。

Dr Yihua Hu 与他的研究团队提出可以通过内部机器绕组辅助外部泄放电路来实现快速和安全的放电,目前已在实验室的电动机系统上进行的模拟和实验。

实验结果表明,电路泄放器和内部机器绕组的组合可以在短短5秒内将直流母线的电压安全地降低到60 V。

据了解,该技术可以减小内部机器烧组的尺寸,实现符合轻量化要求且成本低的放电技术,团队目前正在与Dynex Semiconductor 和 Lotus Cars两个公司合作,在现实世界中测试这项技术。

碳陶刹车盘



在电动化和智能化的发展大潮中,碳陶刹车盘的优势愈发凸显。
  • 相较传统用金属材料制成的传统刹车盘,碳陶刹车盘更耐高温、摩擦性能更高且更稳定,在制动系统中,能减少因摩擦导致的发热,起火事故。
  • 碳陶刹车盘密度更低,在同等尺寸的情况下,碳陶刹车盘在重量上比传统刹车盘要轻一半以上,碳陶刹车作为电动汽车减重的关键零部件,近几年在市场上屡受追捧。
  • 碳陶刹车片更符合智能化发展趋势,使用碳陶刹车片能够显著提高响应速度,缩短制动距离。

近几年,国内的主机厂纷纷加大对碳陶刹车盘的布局。

其实,碳陶刹车片在市场上出现并不算晚,早在1999年的国际汽车交易会上,碳陶刹车盘就被揭开了神秘的面纱。2021年,特斯拉对外宣布,将为旗下最速量产车Model S Plaid车型提供碳陶瓷刹车套件。

碳陶碳陶刹车盘优势明显,但在高昂的成本制约下,难于大规模商业化应用,此前,碳陶刹车片只出现于高端品牌车型上,而如今随着技术的迭代,成本得以降低,碳陶刹车盘正加速“上车”。

2023年被认为是碳陶刹车盘规模化的元年,招商证券的统计数据显示,2025 年国内市场有望达到78 亿元,2030 年国内市场规模有望超过200 亿。

800伏充电系统


“喝一杯咖啡的时间,电动汽车就能充满电”,800伏充电系统出现之后,这一愿景正慢慢成为现实。

目前市场上普遍使用的还是400伏充电系统,800伏充电系统相对来说是一个较新的概念。

所谓800伏充电系统,即是通过加倍的电压和相同的电流,提高了电池的充电性能和整车运行的效率,在同样的电池尺寸下,800伏充电系统能将充电时间缩短一半,进而大幅减少电池尺寸和成本。

据了解,使用800伏、350千瓦的充电器,100公里的充电时间仅需5-7分钟。

800伏充电系统优势明显,但要真正大规模投入运用并不是一件容易的事,其面临成本的难关。

汽车搭载800伏高压架构时,往往需要对电动汽车的电池包、电驱动、PTC、空调压缩机、车载充电机等进行重新选型。

其次是相关设施的配备,市场上的充电桩和配电网络大多与400伏充电系统相匹配,若没有重新建设或革新就投入使用,会带来较大的风险。

电动化转型声势浩大,相关汽车零部件供应商也加大对于800伏充电系统布局。

与现有的400伏系统相比,800伏系统有哪些亮点?


首先,它们可以在较低的电流下提供相同的功率。用同样的电池尺寸将充电时间提高50%。


因此,作为电动汽车中最昂贵的部件,电池可以做的更小,在整体重量减少的情况下将效率提高。


采埃孚公司电气化动力系统技术高级副总裁奥特马尔·沙勒(Otmar Scharrer)说:“电动汽车的成本还没有达到与燃油车相同的水平,较小的电池会是一个不错的解决方案。而且,为Ioniq 5这样的主流紧凑车型配备非常大的电池本身也没有意义。”


赖希说:“通过加倍的电压和相同的电流,汽车可以得到两倍的能量。如果充电时间足够快,电动汽车也许就没有必要耗费时间追求1000公里的续航能力了。”


其次,由于更高的电压以更小的电流提供相同的功率,电缆和电线也可以做得更小、更轻,减少昂贵且沉重的铜的消耗。


损失的能量也会相应减少,带来更好的续航能力,提高电机性能。而且不需要复杂的热管理系统来确保电池在最佳温度下工作。


最后,当与新兴的碳化硅微芯片技术搭配使用时,800伏系统可以将动力总成效率提高多达5%。这种芯片在开关时损失的能量少,并且对于再生制动特别有效。


供应商们表示,由于新的碳化硅芯片使用较少的纯硅,成本可能降低,能够向汽车行业提供更多的芯片。因为其他行业往往使用全硅芯片,会与汽车制造商在半导体生产线上你争我夺。


“总之,800伏系统的发展至关重要。”GKN的凯塞尔格鲁伯总结道。


CTC技术


2022年,站在动力电池风口,蔚来和中石化等企业手举大旗,往换电技术的大道大摇大摆走去,另一条岔路上,宁德时代、特斯拉前仆后继。

这条岔路就是CTC(Cell to Chassis,无电池包)技术。

先说什么是CTC技术。CTC技术,就是“Cell to Chassis”的缩写,字面意义上就是将电池放到底盘之中。而根据零跑科技电池产品线总经理宋忆宁的分享,CTC技术是指“将电池、底盘和下车身进行集成设计,简化产品设计和生产工艺的前沿技术。”



简单来说,动力电池技术发展至今经历了三个阶段、三个时代。1.0时代,即以VDA/MEB为代表的标准化模组时代,此类动力电池是先由电芯(Cell)组装成为模组(Module)再把模组安装在电池包(Pack)中,形成了“电芯-模组-电池包”的三级装配模式。虽然拥有开发简单的优势,但却无法灵活进行电量和电压配组,且零部件多、系统成本高。加上电池包与车身并非一体式结构,之间存在一定的空隙,导致车身空间利用率低,整体重量也较高。为了实现动力电池的降本增效,以CTP大模组技术构成的2.0时代应运而生。CTP技术全称为“Cell to Pack”,即直接将电芯即成为电池包,从而省去了中间的模组环节。不但实现了体积利用率和生产效率的提升,零件数量也进一步减少。业内已有包括宁德时代、蜂巢能源等多家企业实现了CTP技术的量产和列装。


CTP技术已经让动力电池的体积占用缩小了不少,那是否还有更先进的、能让电池体积进一步缩小的技术呢?这就是3.0时代的CTC电池底盘一体化技术。由于从一开始就采用了集成设计,因此电池可以直接安装在底盘之上,零部件数量和结构件成本进一步减少,空间利用率也能够进一步提升,甚至还能提升车辆扭转刚度和电池抗冲击能力。


CTC被认为是未来电池技术路线的重点方向,各家竞相追逐。

早在去年1月的第十届全球新能源汽车大会上,宁德时代就透露,将于2025年前后正式推出高度集成化的CTC电池技术,同年6月,特斯拉对外公布 CTC 方案。

目前,CTC技术已进入商业化应用层面,零跑C01率先应用了自研的CTC技术,特斯拉在德国柏林工厂生产的Modle Y也会使用CTC电池(特斯拉称为结构性电池)。

与资本对CTC技术的热衷不同,消费者对于CTC技术的发展略有几分担忧。

一方面,在CTC技术中,电芯直接参与碰撞受力,在缺少模组和电池包保护的情况下,更容易出现安全问题,另一方面,CTC电池一体化和集成化的结构在后期维修时不方便拆卸,大大增加维修的费用。

写在最后


调查数据显示,“纯电动汽车重量每降低10kg,续航里程可增加2.5km”,在群雄逐鹿的新能源汽车市场,“减重”成为各新能源车企关键命题,轻量化技术无疑是在新能源汽车江湖厮杀最大的武器。

上述提到的这些技术有些仍停留于实验室阶段,有些已大步走向市场,但在真正大规模量产之前,它们都或将面临着技术和成本的难关。但最终“成”或“败”,市场自然会给出答案。

来源:新智驾等网络内容综合


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