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        深度集成

        2023-07-07 11:31:06陳浩
        車主之友 2023年3期

        陳浩

        比亞迪歷時(shí)5年時(shí)間,耗資百億推出的純電整車架構(gòu)平臺(tái),從底盤層、高壓層、低壓層、車身層,全面整車架構(gòu)開發(fā),突破了電動(dòng)車的性能短板,為智能電動(dòng)汽車的發(fā)展,奠定了基礎(chǔ)。近日比亞迪為我們展示了e平臺(tái)3.0架構(gòu)中動(dòng)力系統(tǒng)與一體化電池的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

        比亞迪e平臺(tái)3.0架構(gòu)的最大特點(diǎn)就是深度集成,動(dòng)力部件的深度集成可以有效減小系統(tǒng)重量和體積,減少占用空間,降低損耗。同時(shí)縮減系統(tǒng)零部件,提高NVH(噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度)表現(xiàn)。八合一電動(dòng)力總成是比亞迪獨(dú)立自主開發(fā),全球首款量產(chǎn)的純電動(dòng)力系統(tǒng)總成??偝杉闪蓑?qū)動(dòng)總成(電機(jī)和變速器)、電機(jī)控制器、PDU(電源分配單元)、DCDC、OBC、VCU、BMS。通過(guò)功能模塊的系統(tǒng)高度集成,達(dá)到提高空間利用率、減輕重量等目的,具備高度集成、高功率密度、高效率的特點(diǎn)。

        比亞迪電動(dòng)力總成從1.0時(shí)代的分散獨(dú)立設(shè)計(jì),到2.0時(shí)代的電驅(qū)動(dòng)三合一和充配電三合一,在比亞迪純電動(dòng)汽車的發(fā)展歷程中都起到關(guān)鍵作用。進(jìn)化至今,依托全新e平臺(tái)3.0突破動(dòng)力總成電-磁-力-熱-聲多物理場(chǎng)耦合制約難題,開發(fā)出了全球首款集成電驅(qū)動(dòng)、充配電、VCU和BMS的八合一深度集成動(dòng)力模塊。

        高度集成化八合一電動(dòng)力總成,電機(jī)峰值功率270kW,峰值扭矩360N·m,最大轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)16000r/min,但系統(tǒng)噪音低于76dB。功率密度可提升20%,綜合工況效率高達(dá)89%。搭載于海豹車型的八合一電動(dòng)力總成,電機(jī)峰值功率230kW,峰值扭矩360N·m,四驅(qū)版本車型0~100km/h加速時(shí)間3.8s。未來(lái),八合一電動(dòng)力總成將支持車輛實(shí)現(xiàn)0~100km/h加速時(shí)間2.9s。

        為進(jìn)一步降低能耗,前后雙電機(jī)的四驅(qū)架構(gòu)設(shè)計(jì)能大幅提升整車加速性能,但是對(duì)于中高速的穩(wěn)定行駛,單電機(jī)就能夠滿足整車動(dòng)力需求。同時(shí),傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)工作效率高于異步電機(jī),在空載轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),永磁同步電機(jī)的磁阻損耗反而會(huì)大幅增加,導(dǎo)致高速行駛能耗較高。在e平臺(tái)3.0上,比亞迪將首次采用永磁同步組合異步電機(jī)的全新動(dòng)力組合架構(gòu):加速工況,雙電機(jī)同時(shí)發(fā)力;穩(wěn)定行駛工況,異步電機(jī)斷開,僅永磁同步電機(jī)工作,既能實(shí)現(xiàn)四驅(qū)的動(dòng)力,又能實(shí)現(xiàn)近于兩驅(qū)的能耗。

        扁線電機(jī)

        相對(duì)于傳統(tǒng)繞線式電機(jī)結(jié)構(gòu),比亞迪自主設(shè)計(jì)制造的發(fā)卡式扁線電機(jī),具備低損耗、高效率、高散熱性能的優(yōu)質(zhì)特點(diǎn)。扁線電機(jī)的材質(zhì)是超薄高性能硅鋼片,突破了繞線的行業(yè)難題,槽滿率提升15%。線包減短,用銅量減少11%,電阻下降22%。通過(guò)優(yōu)化磁路設(shè)計(jì)降低電機(jī)鐵損,散熱性能大幅提升,電機(jī)額定功率提升40%,最高效率可達(dá)97.5%。

        自主研發(fā)高性能SiC電控

        功率半導(dǎo)體作為電力系統(tǒng)的重要組成部分,是提升能源效率的關(guān)鍵因素。高電流密度、高效率的SiC是公認(rèn)優(yōu)良的新一代電控功率芯片。e平臺(tái)3.0攻克了高功率密度SiC芯片可靠封裝的難題,并成功開發(fā)出全球首款量產(chǎn)的SiC功率模塊控制器,實(shí)現(xiàn)SiC功率模塊完全自主設(shè)計(jì)、封裝和制造。

        e平臺(tái)3.0電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)搭載的高性能SiC電機(jī)控制器,其SiC功率模塊的規(guī)格是1200V-840A,具有高效率、高耐壓與強(qiáng)過(guò)流能力。與傳統(tǒng)IGBT控制器相比,SiC電控開關(guān)損耗降低70%以上,最高效率達(dá)99.7%;SiC電控的峰值功率可達(dá)230kW以上,功率密度提升近3倍。同時(shí),SiC使用了高性能氮化硅AMB板和全新的銀膏燒結(jié)工藝,并集成了高靈敏NTC傳感器。

        高壓充電

        高電壓是未來(lái)大功率充電的主流技術(shù)路線,但目前行業(yè)普遍都是低壓充電樁,性能受限。在e平臺(tái)2.0上,比亞迪采用獨(dú)立的升壓充電裝置提升充電功率。在e平臺(tái)3.0復(fù)用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)功率器件組成升壓充電拓?fù)?,研發(fā)出電驅(qū)升壓充電技術(shù),使高電壓車型充分發(fā)揮其快充性能,利用國(guó)標(biāo)電流上限,實(shí)現(xiàn)寬域恒功率充電,e平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)充電15min,續(xù)航300km的充電性能。且完全兼容當(dāng)前所有公共充電樁。

        寬溫域高效熱泵系統(tǒng)

        電動(dòng)車低溫續(xù)航里程衰減的原因,除了電池本身活性降低后能量下降外,另一個(gè)主要原因是能耗增加。與燃油車相比,純電動(dòng)車由于沒有發(fā)動(dòng)機(jī)本身冷卻系攜帶的大量熱量,所以需要消耗大量電池能量來(lái)維持乘員艙采暖及電池溫度,導(dǎo)致冬季續(xù)航里程衰減。

        為了更高效的利用能量,行業(yè)嘗試?yán)脽岜脕?lái)吸收空氣的熱量以降低能耗,因?yàn)闊岜檬且环N可以將低位熱源的熱能強(qiáng)制轉(zhuǎn)移到高位熱源的裝置。但受限于134a冷媒的搬運(yùn)能力,在-10℃,熱泵的制熱效率會(huì)大幅降低,甚至無(wú)法有效工作。

        通過(guò)熱泵將乘員艙、動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)總成的深度集成的熱泵系統(tǒng)架構(gòu),驅(qū)動(dòng)總成的余熱回收后為熱泵提供高品位輔助熱源,使得熱泵在-25℃也能夠滿足乘員艙采暖需求。

        冷媒直接冷卻加熱式的電池?zé)峁芾?,減少能量傳遞環(huán)節(jié),進(jìn)一步提升能量利用效率。為解決熱泵低溫下性能差的痛點(diǎn),全新e平臺(tái)3.0,首創(chuàng)驅(qū)動(dòng)總成充電和驅(qū)動(dòng)工況主動(dòng)產(chǎn)熱技術(shù)。

        即使在-40℃的極端天氣,熱泵仍然能夠正常工作,降低采暖能耗損失。同時(shí)有效提高電能到熱能的轉(zhuǎn)換率,低溫續(xù)航里程提升超20%,緩解低溫續(xù)航衰減的焦慮。

        e平臺(tái)3.0熱泵系統(tǒng)具有11種工作模式,包括單電池加熱模式、單乘員艙采暖模式、乘員艙采暖+電池加熱模式、單電池冷卻模式、單乘員艙制冷模式、乘員艙制冷+電池冷卻模式、乘員艙采暖除濕、乘員艙采暖除濕+電池加熱、乘員艙采暖除濕+電池冷卻、乘員艙制冷+電池加熱模式、乘員艙加熱+電池冷卻模式,覆蓋用戶所有采暖制冷使用場(chǎng)景,在冬季制熱工況下能效比(COP)可達(dá)2~4,能效多倍于市面上普遍使用的PTC加熱方式,具備-30~60℃的寬溫域工作的能力。

        以一般環(huán)境溫度、低溫高濕、極低溫三種工況下為例,熱源之間的能量傳遞簡(jiǎn)潔流暢,有效提高能源利用效率。

        一般環(huán)境溫度:室外換熱器從環(huán)境中吸取熱量進(jìn)入熱泵系統(tǒng),低溫低壓冷媒在壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮升溫,高溫高壓冷媒在室內(nèi)換熱器與乘員艙內(nèi)空氣換熱,加熱后的空氣在鼓風(fēng)機(jī)和模式電機(jī)的調(diào)節(jié)下被送入乘員艙內(nèi),高壓的冷媒在膨脹閥的作用下又成為低溫低壓的冷媒,完成一個(gè)熱泵系統(tǒng)循環(huán)。

        低溫高濕:空調(diào)系統(tǒng)既要考慮乘員艙內(nèi)乘客采暖也要兼顧制冷除濕。在整車行駛過(guò)程中,由驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作產(chǎn)生的熱源經(jīng)過(guò)板式換熱器,和冷媒進(jìn)行熱交換。從壓縮機(jī)出來(lái)的高溫高壓的冷媒在膨脹閥的作用下,吸收了這部分的熱量,從而提升了系統(tǒng)的能效。

        極低溫:熱泵系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)主動(dòng)產(chǎn)熱,即驅(qū)動(dòng)電機(jī)三相電流通過(guò)調(diào)整每相電流大小、電流方向使電流矢量和為零,達(dá)到輸入大電流,輸出零扭矩的效果,使電機(jī)繞線、鐵芯持續(xù)發(fā)熱,將電能全部轉(zhuǎn)換為熱能供整車使用。有了充足的熱源,熱泵系統(tǒng)可以適應(yīng)更低的環(huán)境溫度,滿足用戶對(duì)車輛使用的需求。

        數(shù)字資源方面:BYDOS整合控制車上各類硬件設(shè)備,根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景,高效調(diào)用各硬件功能;用全新的智能域控制架構(gòu),解決信號(hào)和數(shù)字運(yùn)算的高效傳遞與控制。

        空間資源方面:e平臺(tái)3.0利用零部件的標(biāo)準(zhǔn)化和集成化,為智能汽車必需的智能座艙預(yù)留足夠的布置空間。

        CTB電池車身一體化技術(shù)

        CTB技術(shù)以“電池車身一體化”為核心設(shè)計(jì)理念,實(shí)現(xiàn)了40000+N·m/°的扭轉(zhuǎn)剛度,大幅提升整車動(dòng)態(tài)響應(yīng),賦能操控性能;同時(shí)作為車身的一部分參與傳力和吸能。e平臺(tái)3.0作為下一代純電平臺(tái)的技術(shù)標(biāo)桿,著重聚焦車身安全性從底層優(yōu)化,開創(chuàng)性提出CTB(CelltoBody)電池車身一體化技術(shù)。

        刀片電池,CTB技術(shù)最佳搭檔

        CTB技術(shù)在“蜂窩“中找到靈感,結(jié)合刀片電池獨(dú)有的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)和超級(jí)強(qiáng)度,衍生出“類蜂窩鋁”結(jié)構(gòu),帶來(lái)電池成組技術(shù)里程碑式的革新,通過(guò)將刀片電池包與車身剛性連接,合二為一形成完整體,并取消傳統(tǒng)的車身地板設(shè)計(jì),將地板(電芯上蓋)-電芯-托盤三者與車身集成,形成高強(qiáng)度的“整車三明治”結(jié)構(gòu)。刀片電池既是能量體,也是結(jié)構(gòu)件,成為車身傳力和吸能結(jié)構(gòu)的一部分,在碰撞工況下,車身具備充足的吸能空間及更順暢的能量傳遞路徑,乘員艙形變減小。

        CTB技術(shù)采用車身地板純平設(shè)計(jì),寬體電池包兩側(cè)直接裝配在門檻梁上;采用貫通式閉口直梁進(jìn)行Y向傳力,并與電池包中間有效連接,提升側(cè)碰能量傳遞和車身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?;诩冸妼倨脚_(tái)獨(dú)有的特性,對(duì)安全傳力路徑進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。通過(guò)“上中下”三條傳力路徑實(shí)現(xiàn)力的分流,快速分散碰撞能量。同時(shí)由于CTB技術(shù)采用全扁平結(jié)構(gòu)的車身一體化設(shè)計(jì),兩者高度集成,相較于CTP技術(shù),CTB技術(shù)下電池能量密度、體積利用率均有提升。

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