小鹏汽车ENP动力总成技术架构 | 超级能量单元

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ENP动力总成技术架构是什么

动力系统是飞行汽车的心脏，需要同时满足“高安全”和“高性能”两大要求。



飞行汽车是全新物种，业内无成熟的动力技术方案可供借鉴，小鹏汇天动力团队自主设计了兼顾高安全和高性能的ENP动力总成技术架构。

ENP动力总成技术架构围绕能源端（Energy）、能源网络（Network）和驱动端（Propulsion），分别打造了超级能量单元、智慧能源网络及超级推进单元。



今天我们来为大家揭秘何为超级能量单元？

什么是超级能量单元

飞行汽车的超级能量单元，是飞行汽车安全飞行和稳定陆行的动力源，它具备极致性能和极致安全两大特点。


飞行汽车X3（内部代号）超级能量单元布置示意图

极致动力性能

飞行汽车的动力性能跟电池的能量密度、功率密度、放电倍率密切相关。

电池的能量密度（ED:energy density），即单位质量或单位体积电池储存的能量，直接影响飞行汽车的续航能力；

电池的功率密度（PD:power density），即单位质量或单位体积电池输出的功率，直接影响飞行汽车的载重能力；



电池的放电倍率，即电池的放电速度，通常用C表示，直接影响飞行汽车的驾驶性能。例如，所用的电池容量1小时放电完毕，称为1C放电；5小时放电完毕，称为1/5=0.2C放电。飞行汽车在不同的飞行阶段，所需的C值不同。



飞行汽车在不同飞行阶段的放电倍率需求

从电芯设计角度分析，电池的能量密度、功率密度、放电倍率等技术指标之间

相互制约。如下图所示，高能量密度的电芯很难同时拥有较高的功率密度和放电倍率。



*图片内容来源于中国科学院物理研究所，能量密度与功率（动力）性能有直接关系

因此在进行飞行汽车的动力系统设计的过程中，需要对电池各个指标进行平衡。小鹏汇天通过对电芯设计和系统集成进行创新设计，在获得高功率密度及放电倍率的同时仍保持较高能量密度，满足飞行汽车整个航程的动力需求。

电芯设计：针对飞行汽车的独特场景需求，开发新型高镍/硅体系电池，在保证高功率的同时，兼顾轻量化和安全性能的提升。




采用创新配比的高镍/硅材料体系，具备高容量、高首效、高稳定性特点；

匹配高稳定性、低阻抗电解液，构建高功率、高导电网络以支持高倍率放电能力；

结构设计上采用一体化集成技术降低产品欧姆内阻，从而减少飞行场景下大功率放电的电池产热，降低冷却系统的散热负荷。


系统集成：通过紧凑的布局规划、轻量化材料的应用，相较传统MTP（module to pack）设计提升集成效率6.5%以上。




电池包结构采用CTP（cell to pack）集成设计，将电芯直接集成到电池包内；

复用电池箱内的框架结构约束电池模块，冷却板与箱体进行一体化设计；

辅助防护及安装结构应用轻量化碳纤维材料，热防护应用钛合金材料；

合理控制涂层复合结构的厚度；

最终超级能量单元可以实现30秒峰值放电倍率高达8C，额定放电倍率高达4C，30秒峰值功率密度高达1800W/kg，同时整包能量密度达到210Wh/kg，远高于电动汽车行业水平。



飞行汽车X3（内部代号）与电动汽车电池性能参数对比

极致安全

面向适航，飞行汽车的动力电池需要比电动汽车具备更高的安全性和可靠性。我们通过电芯本征安全、阻导结合、热电分离、敏捷预警、高效冷媒直冷技术，实现NP级别的热安全防护目标。

*NP级别：单电芯热失控后不扩散不蔓延

电芯本征安全：通过机械滥用、电滥用及热滥用三重考核进行电芯的筛选，确保电芯符合国家相关安全标准；

阻导结合：采用相变隔热材料阻断电芯间热传递，相变材料在正常工作时可储热，并改善电池系统均温性，热失控后发挥隔热功能；采用“防火涂层+高强金属”形成“阻火层”抵抗热冲击、改变热流体走向；

热电分离：利用云母复合板隔离电芯区及电气舱，与“阻火层”一起构成导流排气通道，实现热电分离；定向排烟通道末端设计防爆阀，热失控后当内部压力达到一定值时防爆阀自动打开，定向泄压；

热安全防护示意图

敏捷预警：器件层采用光-电-温度多维传感实时监控电池状态；策略层由电池管理系统基于实时信号提供预警及应急处置；后台数据监控可结合历史数据预测使用安全风险；

高效冷媒直冷：通过选用高强板材、创新流道轮廓及流向设计提升冷却系统性能，散热功率达到0.64kW/kg (行业平均水平0.39kW/kg)。在监控到电池温度异常偏高时，启动极速冷却功能辅助热扩散抑制；

电池直冷板示意图

这就是小鹏汇天飞行汽车ENP动力总成技术架构之超级能量单元，未来不管飞行汽车的构型怎么变化，在能源端，我们都将做到极致性能、极致安全。