英华达马斌严:新能源车增程系统
11月10日-12日,由中国汽车工业协会和武汉市人民政府共同主办的“2023中国汽车供应链大会暨第二届中国新能源智能网联汽车生态大会”在武汉经开区举办。本届供应链大会以“踔厉奋发,攻坚克难——打造安全、韧性、绿色汽车供应链”为主题,设置了“1场战略峰会、1场大会论坛、9场主题论坛”共11场会议,围绕供应链安全与布局、新型汽车供应链打造、传统供应链升级、全球化发展等热点话题进行深入交流与探讨,寻找构建世界一流汽车供应链的对策、方法和路径。其中,在11月12日上午举办的“主题论坛九:两岸协同——打造新能源汽车智能新生态”上,英华达股份有限公司技术顾问马斌严发表精彩演讲。以下内容为现场发言实录:
各位嘉宾好!今天很高兴有这个机会在这里跟大家介绍我们新能源车的增程系统,我是马斌严。
马力达成立于2019年,我们最特别的产品就是iDEP电电增程的产品。接下来我们就往下来看什么是iDEP智能双电这样的一个系统。
在讲这个系统之前,我们先来讨论一个里程焦虑的问题,“里程焦虑”这四个字是新能源车才有的专有名词,在过去我们开汽油车的时候,没有里程焦虑这四个字的问题出现。
什么叫里程焦虑?简单讲就是新能源车的能源补充速度跟传统的燃油车来比是太慢了,所以造成使用者在电能耗尽的时候有一个里程上的焦虑。
最直接的方法怎么解决里程焦虑?既然是续航里程不够,第一个方法怎么办?我把电池加大,这是最简单的解决方案。加大了电池以后,每次充电的确可以跑远一点,可是你还是有电力耗尽的时刻,比如十一长假出游的时候,高速公路上没电了怎么办?我还是要充电。
所以怎么办?下一个动作,我们广设充电桩,广设充电桩之后,虽然看起来可以解决这个问题,不过大家又开始在充电桩前面排队了,充一次电可能要一两个小时,大家在那边一直排队,尤其在冬天很冷的时候,电力耗尽的情况更严重。
所以又想出另外一个方法,我们来搞快充,快充可以快速把能源补充进去。快充看起来好像解决了里程焦虑这个问题,也就是快充结合大电池设计这个方案好像解决了里程焦虑这个问题。可是我们回头再来想一下,快充它又会造成让电网负荷变化很剧烈。
昨天有一个论坛有提到南方电网他们现在打算要花很大的资金预备将来要做这个电力调度的问题,就为因应新能源车充电的需求。
所以看起来是一个解决方案,可是它造成了其他的问题,产生了更大的成本。
我们回头来看,从一开始这个增加电池容量的想法我们再重新思考一遍,增加电池容量看起来是很直接的解决方法,但是我们现在的新能源车大概续航力可能都喊到600公里,甚至喊到1000公里,当你这个电池的寿命把它乘进去之后,假设很保守的估算现在的电池技术可以有1000次的使用寿命,代表什么?我们这台车的设计是60万公里,甚至于100万公里使用的电池寿命。可是我们一般的乘用车在10年的使用周期可能用不到20万公里,所以这很显然是一个过度设计。
今天如果说电池很便宜,那也就算了,电池很轻就算了,就像油箱一样,汽油的油箱60公升、80公升,我们可以跑800公里、1000公里,我们不在乎,因为它很轻,又很便宜。电池在新能源车上它的角色完全颠倒,它是成本最高的一个零组件,占40%到50%的成本,它是最重的零组件,动辄800公斤、1000公斤。我们以增加电池的设计概念来解决里程焦虑这件事情,我们再回头重新思考过一遍,这好像不是一个很正确的逻辑方向。
所以在大家不断增加电池容量的情况下,还造成另外一个问题,就是电池价格就上涨了,锂矿就变稀缺资源了。或许有人说没关系,我车子装大一点的容量,我可以运输电力来做削峰填谷的动作,我每台车都是一个小型的储能站,听起来好像有点道理。但这是为了解决一开始的over design的问题来做事后的擦屁股的动作,所以这也不是一个最好的解决方案。
那马力达提出一个什么样的想法呢?我们认为我们应该把电池分解成所谓的动力电池跟增程电池这样两个概念。动力电池满足日常生活使用的里程就够了,在偶发的需要长里程使用需求的时候,我们利用增程电池,搭配管理系统来做到增程的效果。简单讲,它就是新能源车的充电宝。
我们的技术再详细往下看,我们把原本一台车大型的动力电池,过去是没有办法,都只有一整个电池。我们现在把它解构成一部分的动力电池,大概是原来的1/3就可以了。也就是说你这个电池大概提供200公里甚至100公里的续航里程就够了,因为你日常通勤上下班,大概一年365天里头的330天,90%都已经足够用了。万一你偶尔有长距离需求的时候,我们利用增程电池,简单讲就是电动车的充电宝来满足这个问题。
概念很简单,但里头有很多的技术在里面,这是我们的一个产品简单的概况,最左边iDEP2是给物流车用的。左边是增程电池的输入口,右边汇总到动力电池上面去。
最大的特点是什么呢?我们的增程电池跟动力电池的电压不必一致,这代表什么意思呢?我们的增程电池包有机会标准化了,我们可以把每个车子的电池保持在原来的动力系统,你是100伏的,你是150伏的,你是400伏的,甚至于你是560伏的,都没有关系,因为透过iDEP这个控制器以后,我们可以把增程电池的电压转变成你车上的电压。所以这样的一个控制器就可以让我们把增程电池的能量输送到我们车上的电池系统里头去,达到车充宝的效果。
中间的iDEP就是给A00级的电动车用的,功率大一点,电压范围可以到150伏。最右边iDEP6 5KW级的产品是给高阶电动车,它的电压可以超过400伏以上。
讲了概念,我们还是实际看一下iDEP到底是怎么工作的,它的全名是intelligent dual electrical power system,就是智能双电的控制系统。简单讲,左边这里有个增程电池,我们透过iDEP管理系统可以把电压调适到跟你的动力电池一样的电压,而且我管控它的功率,我的增程电池可以控制它在1C以下的放电功率,把它的电能源源不断输送到动力电池上面去。这个行为就跟手机的充电宝是一样的意思,我把这个电能从增程电池送到动力电池,送到整车的电池系统之后,我去控制我的马达控制器,不影响我原本车辆的动力系统的设定。你原本是什么样的电压系统,你原本是什么样的输出功率,我们现在维持一样。好处是什么?我把你的电池减少了,我把你的车重减轻了,我把你的成本下降了,这是我们最大的特点。
简单讲,iDEP是新能源车的电电混动增程系统,我们回头去看PHEV油电混动,这不是一个很好的范例吗?这是一个很成功车型使用的方式,有必要的时候你用引擎去延长你的续航,只是说零排放的目标是一定要达成,所以我们引擎最终是会被停止使用的。所以我们把这概念转移成是电电增程,不就是已经有一个成功的案例在这个地方了吗?
这是换电市场演变的简单介绍,左边第一代是奥动跟蔚来汽车的换电系统,简单讲换电系统就是为了要解决里程焦虑,我快速把电池交换了,你就可以继续跑了。概念上是很简单,但是它没有解决一开始讲的这个电池还是over design,它一颗电池续航里程还是600公里,还是太长的设计。
宁德时代去年初发表了一个巧克力电池系统,它看到了这个问题,所以它认为600公里的电只是一个over design,一个过度设计的产品,所以它把电池一切为三,每一个大概20几度电,提供大概100多公里到200多公里的续航。当你有更长需求的时候,你可以加挂电池,或者是你来交换电池。这个解决方案是为了解决大电池包太大、太重、成本太高的问题。它解决了这个问题,可是它没有办法解决另外一个问题是什么?它的动力跟续航还是结合在一起,也就是说它现在把电池切小了以后,每一个电池都是动力电池。
回过头来想想看,我们刚说我们的概念是什么呢?我们的概念是把动力跟续航分开,这就像传统汽车的引擎跟油箱的概念一样,引擎负责动力,油箱负责续航力,这两个人负责的事情不一样。电池现在在市场上有锂三元电池、铁锂电池,未来还有固态电池,各种电池各有特色,各有它的优缺点,你要一个电池十项全能,要它跑得远、跑得快、成本低、安全,做不到。我们把这事情解构了,动力电池归动力电池,它专心负责提供动力,增程电池就像油箱一样,我就是源源不断的充电,像我带了一个随车充电器一样,我就没有续航的焦虑了。加上我把这个电池基本上做标准化以后,我可以开到哪里换到哪里。
我们再继续改良第二代的换电系统,提出了马力达的iDEP换电,这是我们跟第二代换电再进一步的一个优势。
iDEP产品简单讲,我们是一个10KW级升降压双向电能传输的技术,我们经过很多时间的开发,特别在各种不同电池之间怎么样去调试它的功率的分配,这些里头有很多的Konwhow在。
最后我讲几个安装实例。这是我们把我们的系统安装在奇瑞冰淇淋、五菱宏光上面的案例。这个车子原始的需求大概就是30KW的动力,最高时速100公里,续航大概120公里。它原来是一颗10度电左右的电池,最大放大率是3C。因为它的100公里左右的续航力,有些客户会抱怨说续航不够。怎么解决?还有另外一个问题,可能用了一段时间之后有点衰退了,是要换一组新电池吗?很抱歉,这台新车才4万块钱,换一颗电池要2万块,换吗?所以最好的办法是什么?我们有需要的时候给它装增程电池上去,我们的增程电池是什么规格呢?大约是2度电,72伏,28Ah这样的增程电池。这个增程电池用在什么地方?其实用在二轮的电动摩托车上,就是这个规格而已,所以我们可以把这个简单的二轮车的电池,它相对成本更低,它只要负责做能源的供应就好,它不要负责大电力的负担,它的成本可以更低,而且可以广泛用在各个车型上面。
下一个五菱宏光也是同样的案例,因为它们是同样的A00级的车子。
这是实际安装起来的照片。我们这个产品还有一个特色,它除了当增程之外,它还有另外一个叫扩容的效果。也就是说如果我们在某个地区还没有换电的服务网络的时候,可是我的电池容量初始设计不够,或者因为衰退的关系我不够,我想要补一部分的电池容量上去,我们不用换整组电池,我们只要加装这个系统,把这个增程电池放上去。我们这个iDEP系统有双向传输的功能,可以在你整车充电的时候,把电能回送到增程电池,也就是说我这个增程电池可以跟你的车上的主电池系统容量融为一体。
这跟目前其他的增程系统有什么差别?目前市场上也有一些所谓的增程系统、扩容系统,它们是必须跟原始电池的电压规格要一致,把它并联上去。我们不是,因为我们这边有个iDEP控制器,它可以把任何的电压都适配到你要的系统电压上面去,这是我们产品最大的特点。
最后再补充一个资料,这是两个礼拜前在日本东京车展上,这是MIH,富士康启动的联盟平台,它在东京车展发表了右上角的Project X这台小汽车。这台车是将来给租赁市场用的,它用一些积木的方式,让你自由组合,包含电池系统也是自由组合。
我们看左下角这个照片,有绿色的两个电池,它是台湾很有名的Gogoro,Gogoro是台湾的电动摩托车,它的电池包,一个大概1.7度电左右。它留了两个位置,这两个位置就是增程电池,它的车子底下有它的主动力电池。我们这样一个增程系统概念已经在东京车展也展出了。
以上就是我的报告,谢谢各位!
补充一点,从一开始就将系统做合理正确的设计,远胜过之后不断的去弥补所产生的问题!
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