广汽丰田C-HR EV电驱动技术及动力电池主动式风冷散热策略篇

如题所述

2020年4月22日,广汽丰田首款基于丰田TNGA架构的电动汽车C-HR EV上市。此次上市的C-HR EV电动汽车共有5款车型,售价区间为22.58万元至24.98万元(扣除补贴后)。

广汽丰田C-HR EV采用与燃油版C-HR相同的外观及内饰设定,然而基于丰田TNGA架构的设计思路(跨车型、车系和驱动方式的分系统通用化、低成本化以及可回收需求设定),并不能单纯认作是“油改电”的产物。搭载1组能量密度131Wh/kg、适配主动式风冷散热+低温电加热控制策略、装载电量54.3度电的三元锂动力电池总成(松下提供方形三元锂电芯);集成1组前置最大输出功率150千瓦、最大输出扭矩300牛米的驱动电机;NEDC续航里程400公里的C-HR EV整车尺寸(长宽高4405/1795/1575mm、轴距2640mm)与燃油版几乎没有差别。

对比丰田版C-HR EV和广汽丰田版C-HR EV,两款由不同生产商制造的车型技术状态几乎一致。根据此前官方发布的相关预热稿件细节研读判定,由广汽丰田C-HR EV“标配”1组前置最大输出功率150千瓦驱动电机、由松下提供的方形三元锂电芯及主动风冷散热控制策略构成的动力电池总成。

通过对广汽丰田C-HR EV前部动力舱诸多分系统技术状态综合研判,依旧可以获得太多没有提及的技术设定。起码,目前可以确定的是,广汽丰田量产的C-HR EV采用“2合1”驱动电机总成(黄色箭头)、品质稳定的G92A0系列“2合1”电控系统总成、“半镶嵌”在车身焊接下端的主动式风冷散热动力电池总成(蓝色箭头)。

受疫情影响,或在未来相当一段时间不能原创实拍广汽丰田C-HR EV动力舱及动力电池诸多技术细节,新能源情报分析网就广汽丰田C-HR EV适配的动力电池热管理策略进行“云评测”。

1、广汽丰田C-HR EV电驱动技术:

广汽丰田C-HR EV“标配”1组前置最大输出功率150千瓦驱动电机、由松下提供的方形三元锂电芯及主动风冷散热控制策略构成的动力电池总成。不过,出现在丰田制造的诸多HEV和PHEV车型上的电机控制+DCDC“2合1”电控系统总成,仍然出现在广汽丰田C-HR EV动力舱内,不够根据电机功率的提升,技术细节将会相应改进。

白色箭头:编号为G92A0-4XXXX的电机控制+DCDC的“2合1”电控系统总成

黄色箭头:疑似驱动电机及控制模组和OBC

红色箭头:驱动电机、OBC、DCDC等分系统共用的高温散热循环管路补液壶

蓝色箭头:电液一体化的制动总泵

绿色箭头:与电液一体化关联的ABS阀体

通过目测识别,丰田C-HR EV的电驱动系统依旧是在以往量产的HEV车型和PHEV车型基础上进行适应性配置而来。其中,从初代由日本制造的普锐斯(HEV),到在天津由一汽丰田制造的普锐斯(HEV)、卡罗拉双擎(HEV)和广汽丰田制造的雷凌双擎(HEV),2017年量产的卡罗拉双擎E+(PHEV)和雷凌双擎E+(PHEV),以及同时期量产的丰田凌志HEV众多车型,都在使用编号为G92A0-4XXXX的“2合1”电控系统总成(在丰田维修体系中标注为逆变器)。

当然,这种将电机控制模组和DCDC进行“2合1”总成的分系统,会根据应对驱动模式、电机功率以及散热需求进行重新适配。随着丰田HEV车型发展与车系丰富,编号为G92A0-4XXXX的“2合1”电控系统总成内置的IGBT芯片反向导通绝缘栅双极晶体管实现小型化和低损耗化、并使用双面液冷散热技术。

丰田为不同年代制造的HEV车型搭载的DCDC控制模组,一直采用单独的液冷散热系统。例如广汽丰田制造的雷凌双擎,1.8排量的汽油机与DCDC控制模组单独设定散热管路及散热器,为的是让标定功率点不同、散热温度点不同的2组“动力源”始终运行在预设的大环境。

2、广汽丰田C-HR EV动力电池主动式风冷散热策略:

丰田C-HR EV前部动力舱内各分系统技术状态细节特写-2。

黄色箭头:由伟巴斯特提供的PTC控制模组(伺服驾驶舱空调制热)

蓝色箭头:伺服PTC控制模组的散热循环管路补液壶

红色箭头:固定在防火墙的空调系统膨胀阀体

丰田及广汽丰田制造的C-HR EV的动力电池热管理技术(策略),使用有别于当下主流车型适配的以冷却液为传导介质,基于车载空调压缩机为制冷源+密封管路+空气(冷热交换介质)+风扇构成的主动式风冷散热的解决方案。当然,驾驶舱空调制热功能,由伟巴斯特提供的PTC控制模组+冷却液(热传导介质)构成。

上图为广汽丰田C-HR EV电动汽车的动力电池热管理策略流程图。

由于三元锂电池的特性所致,在高温工况长时间运行而得不到散热时,电芯将会受到不可逆的损伤。一旦电芯温度突破设定的极限(过冲、过放以及碰撞破裂)电极和电解液发生短路引发起火、燃烧或爆炸事故。因此,2020年在中国及全球范围量产的主流新能源车,都为动力电池标配了液态热管理系统。

丰田及广汽丰田量产的C-HR EV电动汽车,采用了有别于其他车型适配的动力电池液态热管理技术及控制策略。但是,C-HR EV电动汽车的动力电池主动式风冷散热控制技术解决方案,却可以获得与动力电池液态热管理技术相类似的散热效果。

由车载电动压缩机作为唯一的制冷源,通过阀体和管路将驾驶舱制冷与电池制冷循环管路设定在一个即可单独运行又可同时运行的大循环架构下。

在动力电池总成壳体内,蒸发器与承载冷量的空调管路关联并进行“热量交换”。电芯产生的热量,通过围绕模组设定的封闭管路内的空气进行“冷量交换”并循环至驾驶舱内的冷凝器。以此往复,电芯产生的热量,在动力电池总成壳体内的风扇、管路、承载冷量的空气交互作用下,进行主动式风冷热管理。根据广汽丰田官方消息看,动力电池壳体内的“一进一出”的主风道,还具备承载侧向撞击的能力,提升“半悬置”的动力电池总成被动安全性。

对于动力电池低温预热功能的实现,没有依托空气管路进行加热空气的做法,而是额外在电芯和模组间铺设加热材料达到低温预热目的。

3、C-HR EV适配松下方形三元锂电池:

对于广汽丰田C-HR EV车型搭载的松下提供的三元锂电池系统更有意思。由日本松下制造的的圆柱形18650钴酸锂、18650型镍钴铝和21700型镍钴铝三元系电芯组成的动力电池总成,被用在特斯拉Model S、Model X以及特斯拉Model 3上。然而更早些的2000年代,松下制造的圆柱形18650型锂电池成为东芝制造的手提电脑的标准动力源。

从2012年-2020年,搭载松下圆柱形各系列三元锂电芯的特斯拉各型电动车,在全球范围发生近60宗因停放、行驶、碰撞和充电工况引发自燃、起火爆炸等事故(最近一宗事故在2020年4月的中国台湾省,特斯拉Model 3碰撞后驾驶员烧成焦炭)。

需要注意的是,搭载松下提供的圆柱形18650三元锂电芯的特斯拉各型电动车出现的爆炸事故,并不意味着18650或21700型电芯不安全,而是集4千-9千节圆柱电芯的动力电池本身存在安全隐患。特斯拉也一直在对BMS控制策略和电芯布置技术进行升级,以降低爆炸事故发生几率(上海制造的特斯拉Model 3选用更加安全、由宁德时代提供方形磷酸铁锂电芯)。

然而与松下结成联盟的丰田,并未引入成熟且成本更低的圆柱形电芯及动力电池系统,而是采用方形硬壳三元里电芯,并自行生产动力电池总成、适配独具特色的基于空调系统的主动式风冷散热策略。

采用更大单体的硬壳三元锂电芯,意味着电芯及模组数量更少,电极触电、高压线缆以及附属支持系统更少。需要特别注意的是,广汽丰田C-HR EV电动汽车适配的主动式风冷散热解决方案,空气作为冷热交换的唯一载体替代了冷却液,从根本上杜绝了动力电池内部管路破裂冷却液泄露的安全隐患。从根本上避免了装载近万余节圆柱电芯带来的电池系统技术缺陷与整车层面的安全隐患。

笔者有话说:

此次广汽丰田推出的基于丰田同步输出电驱动及动力电池热管理策略解决方案的C-HR EV,体现了这一品牌对中国新能市场发展认可的态度。

在广汽丰田现有的销售体系中,HEV、PHEV车型和技术方案,全部来自丰田的普锐斯HEV和普锐斯PHEV车型。对于EV车型的缺失,广汽丰田直接将广汽集团下属的广汽新能源AION S车型以“不换标”的形式直接拿来销售。这就出现了在广汽丰田4S店中出现了悬挂丰田标识和广汽标识的两种新能源车共同存续的状态。甚至,完全相同的广汽丰田IA5与广汽新能源AION S,以3-4万元差价同时销售状态。现在,C-HR EV车型的推出,结束了丰田在中国市场缺失采用丰田技术的EV车型的空白。

2000年代以进口散件国内组装形式量产的普锐斯(HEV+镍氢电池);2010年代核心分系统国产化的雷凌双擎(HEV+镍氢电池)和雷凌双擎E+(PHEV+外置风冷三元锂电池);2020年代全部国产化的C-HRV EV(EV+内置主动风冷三元锂电池)电驱动技术并未进行质的升级,而是逐步进行性能提升。

2020年量产、或在2017年确定诸多技术参数的广汽丰田C-HR EV电动汽车的动力电池能量密度设定为131Wh/kg,明显不是为了获得财政补贴。比能量密度131Wh/kg,与主动式风冷散热技术(无冷却液)及热管理策略,以及动力电池外壳体的保护措施,构成了广汽丰田C-HR EV主被动安全措施,在一定程度上弥补了使用燃油版车身焊接存在一些技术不足(动力电池下壳体裸露在车身焊接之外)。

对于广汽丰田C-HR EV电动汽车实际的充放电效率和续航里程表现,将会在后续持续报道。

文/新能源情报分析网宋 

本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。

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