《智能化成为电动两轮车“新名片”》
司马惠泉(北京牛电科技有限公司动力电子总监):
各位领导大家好,非常荣幸和大家共聚一堂。今天的目的是和大家探讨我们发展的方向。今天的主题是讲讲小牛的想法和方案,主要在智能、电池、动力这三个方向。
小牛一直坚持创造轻松的文化,我们的目的是让用户感知到我们潮流、自由、科技的品牌核心理念,我们做的产品都是紧紧围绕这三个理念进行设计。
从产品的品类上看更关注城市出行相关领域。目前我们在欧洲、美洲都是两轮电动车共享的第一领先品牌的。我们从2014年开始做智能锂电产品,所以说也引领了国内智能锂电两轮车发展的新纪元。
大家可以看到,我们从2014年一路走来,品牌还有产品的类别逐步的增加,我们在2015年推出的第一代产品叫NQI,到2021年我们每年有非常多的新产品投放到市场,也获得了很多荣誉,也创造了非常庞大的用户群体。
截至目前,小牛在国内有3248家体验店,覆盖了200多个城市,在全球有43个经销商覆盖了51个国家,包括东南亚的很多国家。小牛的研发主要在上海的创新实验室和常州的智能出行全球研发基地。
大家可以看到,我们的产品类别目前已经覆盖了电动摩托车、混动的电动摩托车、电动自行车和电动滑板车这么多类别。
再讲讲我们一些核心的技术理念。
从2014年开始,我们更新了整整七代,第八代锂电产品马上就要发布,这个过程中,我们积累了非常多的经验,主要的诉求和技术的发展目标就是实现更安全,动力更强,更可靠,还有是用户体验更好。
举个例子,我们自主开发了动态平衡算法,可以根据用户使用工况,结合云端的数据和整车的数据为用户提供准确的里程预估,在用户的APP上和他的智能仪表上,显示的都是每个客户定制化的续航里程。
另外,大家知道电池BMS实际上它的运算能力是有限的,比如说我们电芯的均衡算法,如果仅仅靠BMS单面机进行均衡的算法很难有效的判别他是不是需要做均衡。
如果结合云端的数据,通过云端的足迹来对这个电池(进行分析),从它第一次使用到现在整个工况进行分析,那就可以很清晰的判断出每一串电芯,每一个电池包它变化的方向,可以针对这个电池包的特性提供解决方案。然后通过远程OTA升级的方法,或者通过远程OTO配置的方法来实现电池包的故障分类、故障应对、故障升级,这是我们目前正在使用的,通过云端+本地实施我们称之为智能BMS系统,这就是我们第七代的锂电系统。
不光电池的BMS通过云端连接,我们每一个部件只要它有通信功能的,都能实现跟云端的数据交互,也都能实现远程的OTA,这里面包括了仪表、充电器、电机的信号传感器等,当然也包含BMS也包含锁控、智能锁等等,甚至智能大灯,都可以通过远程进行数据交互升级,这就是我们的小牛应用IOT的核心内容,所有待充性的部件皆可数据交互,皆可远程升级。
通过这样的数据交互,我们实现非常巨量的大数据收集,这些收集都符合法规,是匿名的收集,每天都有几百T的数据收集到小牛的大数据中心,我们会对这些数据进行清洗、分类,然后利用。包括刚才说的智能里程的预测,甚至我可以根据当地的天气、交通状况等等我可以推测你今天实际的续航里程和平时有什么不同的区别。
举个例子,今天突然降温了,从原来的5度降到零下5度,你每天经常去的方向有点堵车,针对这样的工况我们会计算出你今天的续航里程。我们通过IOT通过大数据来进行用户可感知数据的利用。
接着我们通过Ultra lite把这些数据更近一步的应用到租赁、换电、新零售,企业级的服务商,现在在全球运行着大量小牛共享租赁的电动摩托车,欧洲、美国纽约等运营的电动摩托车基本上是以小牛为主,整车非常稳定,系统也做的非常好,甚至我们企业用户层面,做到他只需要改一个APP的logo,剩下的全部交给小牛就可以了。
我们不光要做一个安全、可靠、用户可感知的车,我们还要打造刚才我们说的有潮流科技的,所以每一款车不光要实用、稳定,还得好看,所以我们每一款车都是按照小牛的领导和小牛工程师自己愿意购买的方向进行设计,所以本身他的出发点非常高,如果我们小牛的员工自己都不喜欢小牛的车,那你这个车怎么能去创造潮流,像这款车我们基本上获得了全球所有的设计大奖,全部拿全了。
动力这块实际上2014年开始我们一直跟博世进行深入合作,博世电机一直是小牛高端电机的官方合作伙伴,加速还有稳定性、可靠性都是非常好。
到目前为止,小牛全球累计骑行里程116亿公里,地球是4万公里。碳排放减少了29亿公斤,相当于种了1450万颗树。我们觉得自己的工作还是有成就的,也给电动两轮车所有的从业者,我们让两轮车电动化以后给全球的环境带来巨大的好处。我们也形成了一股潮流。
我们不光是卖车的,我们要让有一群有共同理念的人形成一个圈子和氛围。我们成立了很多同车会,平时大家都在一起玩,讲究的自由自在的文化。
下面讲讲技术的方向,这是近一两年来进行合作的方向。
电池的路线不多讲了,一个是往高能量密度走,另外一个方向就是往低成本方向走。特别是在原材料这两年涨价非常大的情况下,小牛这两年做了几个探索。去年跟某A公司联合开发了第一款用811体系安全的电池包,是去年南京展发布的。
一个方向是说811体系通过集流体的创新实现安全,这是一个新的方向。目前,还有点产业化的困难,我相信一两年内有产业化的进展。
去年小牛导入了混合型了磷酸锰铁锂,其中混合了三元或者铁锂,这也是行业内第一个应用。因为去年大家都在用三元或者锰酸锂、磷酸铁锂的,但是我们已经看到了磷酸铁涨价非常厉害,去年开始我们增加了一个方向。
目前通过两年的使用下来还是比较稳定的,和磷酸铁锂比起来还是高一点,最大优势是摒除了磷酸铁锂DER平台130二伏和摒除了锰酸锂体系高温稳定性差等等一些弱点,凸显了磷酸锰铁锂体系的一些油电,循环寿命也能做到800次以上,总体来说目前在材料涨价的情况下,磷酸锰铁锂可能是一股清流。
今年我们又开始了另外一个新电池行业应用的方向,大家看小牛一直非常乐意推动新化学体系、新电池在两轮行业内的应用,所以说如果有电芯厂或者是材料体系厂家有这方面意愿或者有这方面想法的都可以来找我。
今年我们又做了新的方向,就是钠离子电池行业的应用导入,实际上我们国内目前只有两家做的比较好的钠离子电池的供应商,我就不点名了,这两家目前我们测下来差不多产品迭代了三轮,目前测下来基本上快接近量产的状态,循环寿命够用了,充放电倍率特性非常好,材料成本非常低,低到3毛钱每瓦时的成本,它的工艺成本和三元电池的工艺成本是一样的,所以说目前还有一些困难。
钠离子电池有很多优点,因为它没有钴镍,也没有其他硅金属,唯一会用到一些铜。
固态电池我们测了差不多三年,目前还没有看到行业在一年内能量产的现状,可能半固态电池含5%-7%电解液的电池会在明年或者后年有商业化的窗口,但是它的特性和普通三元电池相比没有太大的优势,这也是我把它放在最后讲的原因。
讲讲磷酸锰铁锂,通过我们小牛两年的应用,磷酸锰铁锂在安全特性是没有问题的,两年之内我们看到磷酸锰铁的批量化应有超过几十万组电池包的应用,目前我们没有发现安全方面的问题,或者它的安全特性比其他同等或者更好的状态。它的价格现在是低于磷酸铁锂甚至低于锰酸锂。
所以说我们这个平台用了三年是一样的,虽然混合型磷酸锰铁锂有两个平台,但在实际的工况中不显现,只有在0.05C或者0.1C微弱电流下放电时才会体现双平台的特性,所以它的DMS,SOC的精度还是非常好做的。这是我们实验的一些情况。
钠离子电池目前的能量密度可能还在70Wh/kg-100Wh/kg左右,我们合作伙伴可能很快就到120,他商用的极限可能在200瓦时每千克的极限。
低温特性也是钠离子电池非常优秀的特性,但是钠离子电池也有它很难受的缺点,电压太低了,所以说可能会在BMS,前端采集芯片这块有额外的成本投入,对容量越小的电芯可能这部分投入会越凸显,比如说对20安时及以上的这部分成本投入基本上就可以忽略了。
另外对中国整个电池产业甚至全球电池产业最大的优点是减少了对钴、镍等稀有传统金属的需求,会使整个新能源电池产业更均衡的发展,减少波动。可能短期内不是很成熟,但长期来说会形成战略上的平衡。
另外,集流体这块不需要用铜箔了,正负极都是铝箔,所以说总体的工艺成本更便宜一点,他比较适合发展的一项是他可以用现有523体系的生产工艺来直接生产钠离子电池,不需要进行变化,也就是现在523、622体系的,甚至811体系的,现有的三元电池的产线可以直接生产钠离子电池,包括我们现在批的产品都是通过现有三元产线来进行生产的。
固态电池我就不讲了,我感觉固态坚持不进入电解液5%以下,金属负极等等没有太大优势,所以说它的高能量密度,比如说500瓦时每公斤都是建立在金属Li负极的基础上,目前这个技术跟几家头部企业聊下来短期没有商业化的前景。
我们在动力这块的创新,去年年底我们推出新一代全新VG电芯,它在理论分布上称之为叫突级电机,实际上是用IPM内转子电机技术扩展应用到轮毂电机上,我们称之为自然电池能力提升,但是我们的电机也需要配合。这款电机需要更高的角度控制策略和更高阶的算法,所以我们专门开发了更高进度电感式绝对位置传感器,比传统的位置传感器提高了3个数量级的精度。而且成本控制的非常低,大家知道一套传感器加上解码可能要一百块钱,我们这个成本做了20块钱。
从性能上来看,它电机的特性是全面碾压普通的电机,同等尺寸电机相比,扭矩提升30%,功率密度提升了30%,发热减少了50%。第四项是最重点的,效率80%以上的区域增加了50%,这意味着这个电机从低转速到高转速都是高效区,大家可以看到上面这条线,电机效率80%以上区域,原来的轮毂电机很窄,现在可以做到非常高。在用户层面表现上来说,效率高了续航特别长,第二就是扭矩高了,加速和爬坡性能更好。
今年我们会在国内N系列的车型上全面迭代使用VG电机,去年是我们在海外版的MGTEVU上首先推出了这个电机。
以上就是我分享的内容,谢谢大家!
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