本田电动两轮车的便携式电池方案
包括丰田在内,日本汽车企业对于电动出行的规划往往建立在一个社会大背景下,不单单开发电动汽车EV,而是涉及到各个行驶场景的行驶工具,都有一个相对应的电气化产品,就像丰田在2019年东京车展上所展示的系列解决方案,大到公共交通,小到滑板、展柜移动展架。
本田也如此。
在汽车电气化的同时,本田一直对两轮车有较延续的开发,从最初的EV-neo两轮车,到今天要讲的PCX。这里分三部分进行介绍:(1)关于PCX的整车参数;(2)关于电池包PACK的设计;(3)关于两种充电方案。
本田PCX的整车及电池包参数如下表所示,在等速60的条件下,续航为41公里,最大速度即为60km/h;它是一款电池包可以方便拎走,或直接换电的产品,整个电池包有两个48V的子PACK,共计96V。
PCX主要电气化部件的布置如下,它不是完成的全新电动两轮车架构,而是基于已有燃油两轮车改造而来。所以,整个电气化部件尽可能地减少对已有架构变动,同时更紧凑的结合在一起。电池包位于座椅下方,OBC负责外接充电,Junction box则是配电盒,PCU负责整车能量管理。
整车的电气原理图如下所示。
PCX的电池系统称之为Mobile PowerBank,每个重量为10.9kg(最大),电量为1.052度(最小),体积为7.1L,具体如下所示。
每个PACK的外壳由三部分组成,上下盖和中间的侧面,三者均由铝挤型材制造而成。为了能满足不断插拔的要求,本田重新开发新的电连接接头与插座,按IEC 62196的标准进行测试,寿命可达1万次插拔,最大电流可达50A。
除此之外,本田还采用了悬浮结构形式,利用弹簧,让每个PACK在插上后,能更准确、可靠地结合在一起。
每个PACK在壳体的内部有进行防水设计,这样在外壳破损后,内部的壳体部分也可以做到防水。考虑到便携电池包可能会发生跌落,对PACK的防机械冲击设计就比较重要,在行驶过程中,路面颠簸导致的共振也是需要考虑的机械问题。本田对每个电芯的固定结构下均设计有吸能结构,利用结构仿真技术来获得冲击和共振的最优结构设计。
按照UN R 136 -2中的跌落测试,从1米处跌落,不起火也没有冒烟。
PACK很难进行水冷设计,因此,为了实现较好的散热效果,对于电芯的布置,导热垫,以及灌胶进行了优化设计,将热更快的导至铝壳体。在环境温度为40℃,持续10分钟2.5kW放电的情况下,电芯最大温度不超过55℃。
最后,讲下PCX的充电。PCX可以用两种方法进行充电,一种是车载充电,另外一种是把电池包拎出来在专有的充电座中充电。这里面涉及到行驶和充电过程中的能量管理。
在行驶时,PCU会控制连接器将两个48V pack进行串联,这样可以获得高电压96V,从而减少对电流的要求,进而减少导线、连接件上的能量损失,本田的评估,可以比48V的能量损失减少60%,导线的横截面减少25%,轻量化。这样,同样的电量能够获得更长的续航。
在充电时,PCU会控制连接器将两个48V Pack并联,这样可以获得更快的充电速度。
对于利用充座进行充电,可在4个小时内将每个PACK充满,充电座能够显示充电状态,并也能够较准确地识别PACK接口。
本田的这个插拔式PACK方案与目前电动汽车的换电有共性技术,主要集中于接插件的寿命,固定可靠性,以及准确地识别接口等。在上电骑行前,PCU会对整车的电气状态进行检测,以避免车辆带病行驶,存在安全危害。