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  • 深度:研判350伏电压平台的日本丰田凌志UX300e充电效率
    时间:2021-01-05   作者:admin  点击数:

    2020年4月,日本丰田的凌志(雷克萨斯)UX300e电动SUV正式上市,共计两款车型,售价为36.2-38.5万元。该款车型也成为了丰田凌志旗下在中国市场销售的首款电动汽车。丰田凌志UX300e电动SUV采用前置动力前轮驱动形式(没有四驱版本),搭载的永磁同步电机最大输出功率150牛米、最大输出扭矩300牛米;匹配1套350伏电压平台的三元锂动力电池总成(电芯由松下提供)、装载电量54.35度电,NEDC续航里程400公里;长宽高4495/1840/1545mm,轴距2640mm。

    需要注意的是,此次进入中国市场的日本丰田凌志UX300e电动SUV,装载的动力电池总成适配了1种全新热管理技术和控制策略。即,将空气作为承载“冷量”的媒介,通过空调电动压缩机将被冷却后的空气通过鼓风机“泵”至动力电池总成内围绕电池模组的风道,对电池模组(电芯)进行高温散热伺服。通过电加热系统,为动力电池内部的模组(电芯)进行低温预热伺服。

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    本文将着重对搭载动力电池“空冷”散热和电加热功能的日本丰田凌志UX300e电动汽车,在环境温度降至最低-16摄氏度的低温环境直流快充效率研读和判定。

    1、日本丰田凌志UX300e电动SUV基础技术状态:

    在京承高速国家电网充电场站进行直流充电时,对处于“熄火”状态的丰田凌志UX300e电动SUV进行基础技术状态的研读。

    上图为丰田凌志UX300e电动SUV的动力舱内部各分系统细节状态特写。

    蓝色箭头:DCDC+驱动电机控制“2合1”总成

    红色箭头:伟巴斯特提供的驾驶舱PTC控制模组

    白色箭头:疑似OBC(充电机)

    黄色箭头:驾驶舱PTC循环管路补液壶

    绿色箭头:驱动电机、“2合1”电驱动控制总成、OBC共用的循环管路补液壶

    在丰田凌志UX300e进行直流快充时,用热成像仪监测动力舱内各分系统的温度变化。此时驾驶舱PTC控制模组(白色箭头)和驾驶舱PTC循环管路补液壶(蓝色箭头)的温度上升较为明显,最高温度为2摄氏度左右。

    需要说明的是,丰田凌志UX300e电动SUV进行快充时,处于“停车”、“熄火”、“锁门”完全下电的状态。此时,为驾驶舱提供空调制暖伺服的PTC控制模组(伟巴斯特提供)循环管路冷却液温度处于20摄氏度左右,源于驾驶员为了节省电量而近开启风挡玻璃除霜功能并将温度设定为26摄氏度。

    由于丰田凌志UX300e电动SUV的动力电池采用空气作为制冷介质的“空冷”散热模式和电加热制热模式,因而没有在动力舱内单独布设基于冷却液的动力电池高温散热和低温预热循环管路。

    有意思的是,在这台面向中国市场销售的丰田凌志UX300e电动SUV上,用于驾驶舱空调制热功能的PTC控制模组竟然是向伟巴斯特采购,而不是丰田系传统的供应商电装制造。还需要知道的是,这组伟巴斯特制造的PTC控制模组,也用于长安新能源制造的逸动ET型电动汽车,以及其他国产品牌车型。

    上图为丰田凌志UX300e麦弗逊式前悬架细节状态特写。特写。

    红色箭头:钢制下摆臂

    蓝色箭头:减震器和弹簧

    黄色箭头:钢制前转向节

    上图为丰田凌志UX300e双横臂后悬架细节特写:

    红色箭头:后多连杆钢制下摆臂

    黄色箭头:动力电池模组

    蓝色箭头:动力电池下护板

    丰田凌志UX300e采用了和燃油版车型同样的前麦弗逊独立悬架和后多连杆独立悬架,且没有进行任何针对电动汽车轻量化需求的铝材质零件。

    丰田凌志UX300e并没有采用专门的电动汽车平台,而是在丰田凌志UX300燃油版车型的基础进行了“油改电”的尝试。上图明显可以看出红色箭头所指)的动力电池总成突出于车身焊接(黄色箭头所指),导致车辆离地间隙进一步缩小,没办法实现全平的底盘设计。丰田凌志UX300e采用的“油改电”设计理念,为的是最小的成本换取更好的市场份额。

    2、日本丰田凌志UX300e电动SUV低温直流快充效率:

    与汉EV四驱版同样从承德市区出发,沿京承高速向北京方向行驶一段时间,丰田凌志UX300e电动汽车以“热车”状态进入国家电网修建的120千瓦充电桩进行直流充电。

    充电4分钟后,通过国家电网充电桩显示信息比对,丰田凌志U300e电动SUV搭载的动力电池电芯温度为1摄氏度,此时室外温度为-16摄氏度右。

    充电5分钟后,丰田凌志U300e电动SUV充电电流为49.3安,充电电压为469.6伏,大致估算充电功率为23千瓦左右。

    充电23分钟后,当丰田凌志UX300e适配的三元锂动力电池总成内的电芯温度上升1摄氏度至2摄氏度,充电电流徘徊不足50安,充电功率25千瓦左右波动。

    这台最大充电功率50千瓦的丰田凌志UX300e电动汽车在低温环境快充功率只有25千瓦左右,即便以“热车”状态进行大功率快充,也在20多分钟的充电过程中电芯温度也没有明显提升。

    由于丰田凌志UX300e动力电池采用通过鼓风机“泵入”来自空调系统制冷后的空气进行直接散热,以及电加热的控制策略。即使在热车状态下,丰田凌志UX300e动力电池系统,首先不能有效的在低温环境进行保温;其次不能进行及时的预热。因此,受环境温度过低影响,在120千瓦直流充电桩进行快充,也难以有效的为电芯进行预热已获得标称的50千瓦充电功率。

    上图为丰田凌志UX300e电动SUV的动力电池结构特写。

    红色箭头:固定在动力电池总成内部的鼓风机

    黄色箭头:围绕电芯模组外侧布设的空气风道

    绿色箭头:电芯模组内端

    蓝色箭头:电信模组外端

    实际上丰田凌志UX300e采用的“空冷”高温散热技术的动力电池热管理控制策略,与广汽丰田CHR EV一样。甚至可以说CHR EV的整车驱动架构与丰田UX300e完全一致。

    日本丰田UX300e电动SUV适配的动力电池“空冷”散热控制策略,可以有效的对横向布置的模组外端进行散热,而模组内侧(纵向)的热量不能很好的有效散发,容易形成电芯模组内外端的“温度差”,对于夏天高温环境的行车安全构成了一定隐患。不过,最高50千瓦的充电功率上限,可以有效的平衡54.35度电的装载电量、最大充电时间和热失控引发的行车安全之间进行了平衡。

    然而丰田凌志UX300e以及广汽丰田CHR EV采用的“空冷”散热和电加热的动力电池控制策略,在低温环境下的充电效率提升作用十分有限。结合整车层面的“油改电”设计思路,凌志UX300e的电加热技术状态,与中国本土品牌在2016年量产的采用风冷电池控制策略的电动汽车相当。

    3、日本丰田凌志UX300e与中国比亚迪汉EV四驱版充电效率对比:

    全系只有两驱版、搭载的三元锂电池系统装载电量54.35度电、采用“空冷”散热和电加热控制策略的日本丰田凌志UX300e最高售价38.5万元,设计充电功率最大50千瓦、在冬季低温环境充电效率只有25千瓦。

    全系两驱/四驱版、搭载的刀片电池系统装载电量77度电、采用由低导电率专业冷却液高温散热和低温预热控制策略的中国比亚迪汉EV最高售价27.95万元,设计充电功率150千瓦、在冬季低温环境充电效率可以达到55千瓦。

    比亚迪汉EV在与凌志UX300e同时进行低温环境充电测试时,采用560伏电压平台、刀片电池系统的汉EV电芯温度可以快速升至14摄氏度。采用350伏电压平台、三元锂电池系统的凌志UX300e电芯温度只能升至2摄氏度。

    延伸阅读:

    就在前几日,丰田汽车的话事人丰田章南在在日本汽车制造商协会的年会表示,电动汽车被过度炒作了,政府没有考虑到发电过程中产生的二氧化碳排放量;没有考虑到电动车数量猛增造成的社会用电荒;没有考虑到盲目向电动车转型会损害消费者权益,因为电动车比燃油车贵;没有考虑到兴建大规模基础设施需要投入的巨大成本;没有考虑盲目禁售燃油车造成的传统汽车行业的失业潮。

    实际上,全部资源依靠海上运输的日本,一直坚持燃料电池和以节能为侧重点的HEV技术,对于要彻底改变传统汽车技术路线以及此前数十年积累的传统汽车技术都要完全放弃的EV技术,都不是日本丰田、本田、三菱、富士重工以及马自达等车厂的强项。

    通过比对日本丰田在中国建设的一汽丰田与广汽丰田,推出基于广汽新能源量产的Aion系列和iX系列换标车,在2020年量产与2016年本土品牌EV车型技术状态等同的原汁原味儿丰田系EV车型等行径,丰田确实不重视EV技术以及整车应用。起码在2014-2020年中国新能源全产业链大爆发,且成为全球范围EV车型保有量最大的市场发展动态把握上,日本丰田远远的落后了美国通用。

    笔者有话说:

    丰田凌志即使作为丰田品牌的高端豪华车型,但是基于自身在新能源汽车领域发展的滞后,在目前推出的新能源产品整体竞争力相对国内其他品牌而言相对落后,不仅没有自己专属的新能源汽车专属平台,而且在整车热管理系统方面采用的方式相对落后。在2020年即将结束的现在,依旧采用这种粗暴的“油改电”模式的新能源汽车其实可以体现出厂家对于新能源技术的储备情况的缺乏。

    另外,笔者非常愿意看到代表着日本汽车行业态度的丰田对电动汽车行业发展所持的反对态度。甚至及其希望看到,丰田、本田、三菱、日产、马自达以五十铃、富士重工以及小松制作所等全部日系车厂,都不会投入太多成本到这个中国大力坚持的新能源核心技术、整车平台以及全产业链市场中。

    毕竟,现在的日本海军装备的苍龙级“应龙号”锂硫潜艇,搭载的由丰田、东芝、汤浅等厂商提供的增程混动技术、不依赖空气舱段和锂硫动力电池及控制策略;日本陆军一直在对采用丰田、三菱和小松制作所联合制造的搭载轮边驱动电机、锂电池系统构成的增程式混动技术的105mm口径轮式突击炮和履带式技术验证车进行测试。

    新能源情报分析网评测组出品

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