近年来,电动汽车的发展已经成为汽车产业发展的趋势,受到资本市场和消费者的高度关注,电动汽车代表着汽车业界的未来,这早已成为业界的共识。
而成就一辆电动汽车的,必然是它的三电系统,一套优秀的三电系统需要有高集成度、高效率、高安全性,要对极端气候环境有良好的适应能力,同时还要有良好的动力表现,其水平的高低决定着一辆电动汽车的基本性能。
说了那么多,“三电”系统到底是什么?
今天就来简单而不简约地科普一下。
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三电系统是什么?
三电系统是纯电动车区别于传统燃油车最核心的技术,是作为替代燃油车发动机系统而诞生的动力系统,研发三电系统需要做大量费时费力的基础工作,三电系统即是:电驱、电池、电控系统。
然而,这只是笼统的分类,因为在电驱、电池、电控之下,还存在大量的技术性难关。
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三电系统之电池
一般而言,我们将高压电池(区别于车上的低压电池)称为动力电池,和传统燃油车的油箱作用类似,作为新能源汽车的能量来源,动力电池系统通常由电芯、电池组、电池管理系统、冷却系统、高低压线束、保护外壳和其他结构件构成。
而电池的关键在于电芯组,电芯组的构成如下:
而电芯组里面最重要的材料,就是电芯里面的正极材料,它决定着电池的动力性能、续航里程、成本以及安全性能。
目前新能源电池中的能量来源里面,主要有镍氢电池、锂离子蓄电池和铅酸电池三种。
而从新能源车电动车的动力电池发展史来看,早期动力电池使用的是铅酸电池,到日系混动的镍氢电池,再到现在主流的锂电池,也不过二十多年的时间。
铅酸电池适用于早期电动车型,优点是便宜且可靠,但能量密度低,而镍氢电池的优点是安全和可靠,但同样有能量密度低的问题,主要应用于混动车型,现在,铅酸电池和镍氢电池已经面临全面的淘汰。
锂离子电池的优点是容量密度大,相对地,成本也更高,目前主流的电动汽车使用的都是这类电池。
然而在锂离子电池里面,同样面临着同行的激烈竞争,根据采用的材料不同,目前的锂离子电池主要分为钴酸锂、三元锂、锰酸锂和磷酸铁锂电池四种。
目前新能源动力电池市场,磷酸铁锂电池和三元锂电池二分天下,对于安全性要求更高的电动客车市场选用磷酸铁锂电池更多,而对于能量密度要求更高的乘用车市场,则是三元锂电池占比更高。
那么,这四种电池分别有什么区别呢?
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钴酸锂电池
优点:容量密度大
缺点:稳定性不够,其实并不适合做动力电池
代表车型:特斯拉roadster
锰酸钾电池
优点:价格最便宜,安全环保,而且没有专利限制,市场占有率最大,是日韩欧美主流电动电池,日韩、欧美、国内均有企业采用。
缺点:各方面表现不突出
代表车型:日产-聆风
磷酸铁锂电池
优点:稳定性好、寿命长
缺点:比能量低,一致性低,制作成本高于锰酸锂,还需要深入研究降低成本。被称为中国企业“弯道超车”的梦想,国内研发热情很高,国家投入也比较大。
代表车型:比迪亚-E6
三元锂电池
三元锂电池是指正极材料使用镍钴锰三种正极材料按一定比例混合搭配的锂电池。
优点:能量密度最高,虽然安全性差,但也高于钴酸锂,和国内对磷酸铁锂电池的研发热情高一样,国际动力锂电池行业对于三元锂电池抱有很高的期待。
缺点:循环寿命短。
代表车型:特斯拉MODELS
各类型锂离子电池情况小结:
特斯拉选择三元电池的原因是高端品牌的大容量和长续航,而国内部分车企选择磷酸铁锂电池则是看中其广阔的前景,部分日韩和欧美车企选择锰酸锂电池主要是因为它成本便宜且性能并不差,动力电池的未来发展趋势是百花齐放,从而促进锂电池行业的技术革新,电池是制约新能源汽车发展的瓶颈,百花齐放的发展会让整个行业飞跃式突进。
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三电系统之电驱
电驱系统同样由三部分组成,分别是传动机构、电机、逆变器。
传动机构,目前国内电动车的传动机构都是单机减速,即没有离合也没有变速,传动机构可以增加其复杂性,从而降低对电机 电机变阻器的需求,提高性能,降低成本。
传动机构的结构:
电机系统,是为汽车提供扭矩的高压电机(就是给汽车提供力),一台车可以搭载数台电机,扭矩决定新能源车汽车加速速度的快慢,而电池的成本相比电机较大,因此电机的效率和性能就至关重要,目前汽车专门的电机驱动系分为三种:直流电机驱动系、永磁同步电机驱动系、交流感应电机驱动系。
三种电机驱动系的差异:
逆变器,是把直流电转变成交流电的设备,主要应用在充电场景上面,若逆变器支持较高的电压,则电压充电流较大,缩短充电时间,同时,因为充电时的电压较高,逆变器所产生的热量也会相应增多,如何解决逆变器中IGBT模块的散热问题,是提高直流充电桩充电效率的关键问题。
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三电系统之电控
电控有狭义和广义之分,狭义上的电控系统指的是整车控制器,然而新能源车的电控还包括电机控制器和电池管理系统,即新能源车的电控系统分为:整车控制器、电机控制器和电池管理系统。
整车控制系统,整车控制系统主要是采集油门、制动踏板等的信号,并且做出相应的指令,和传统汽车的整车控制系统差别并不是很大。
电机控制器,电机控制器的作用主要是接收整车控制器的扭矩报文指令,进而控制电机的转速和转动方向。
电池管理系统,电池管理系统顾名思义,主要是监测和管理电池的状况,包括电池物理参数实时监测、在线诊断与预警、充放电与预充控制、均衡管理和热管理等,电池管理系统是新能源车独有的电控系统,因此相对于整车控制器来说,比较年轻,技术还待成熟。
总结
从目前来说,国内自主品牌大多仅仅只是掌握了整车控制器和三电集成技术,而三电零部件技术仍然在入门阶段徘徊,毕竟技术积累不是一蹴而就的事情。
然而随着新能源车导入期结束,产业成长期即将来到,在2020年补贴逐步下降甚至完全退出之后,所有电动车制造商都会面临更加激烈的厮杀,在这样的背景下,如何用技术红利跑赢补贴红利的退坡幅度将是车企脱颖而出乃至于领先业界的关键,可以说,谁在三电技术上做出强有力的提升,掌握三电核心技术,提高性能降低成本,谁就能在技术与市场博弈的关键阶段,胜者为王。