在“电池研究院”当中,我们分析了“P0+P3+P4”高阶构架下的插电式混合动力系统如何工作。然而,混动系统对于绝大多数车企而言还是过于复杂了,不仅开发成本高昂,而且还捞不到几个子儿补贴。
“简单暴力上纯电”是目前绝大多数造车新势力的选择,蔚来便是其一。造纯电是为了补贴?豪华车销量太低,因而无法拿到这么多份固定额度的补贴,补贴比车价贵的那些低速电动车改良版才是骗补神器。
闲话不多说,直入技术主题吧。
A、电池越多越好?
很多朋友都会问:为何不可以堆多一点电池,让纯电动车的续航再高300km?
笔者先反问一句:执飞“广州- 北京”的空客A380可以装载250吨航空煤油,为什么每次只装载50吨呢?
答案很简单:我们不应该耗费多余的能量,用于运输能量介质本身。
举个例子,特斯拉Model S 75电池能量的24%被用于运输电池本身。如果给Model S装载4倍容量的电池,续航不可能是4倍,因为这时候大约60%电能用于运输电池了。
当然,业界也有一些办法来解决“电池能量密度过低”的世界难题:液流电池技术(很有可能是死胡同)、增程式发电技术(依然有较多污染)、石墨烯电池(商用化遥遥无期)、直流快充技术(只要成本降下来,这是突破口)。
B、电池能量密度越高越好?
电池技术瓶颈真的无法突破吗?是的,目前全球电池研发与生产均没有质变式的突破,因为一块简单的电芯(基础元件)需要受到多达6个维度的因素制约:循环寿命、功率密度、能量密度、工作温度区间、安全、成本。
6个维度的表现,就像是游戏里的“技能树”,我们手中只有有限的技能点,不能让所有维度的表现都全优,除非你愿意用200万成本打造一台15万家用车的电池组,以做慈善的方式促进我国新能源事业发展。
C、蔚来的电池有何特点?
6个维度互相制约,自始至终都无法做到完美平衡,多方博弈之下,蔚来ES8的电池包选择了安全与循环寿命作为首要提升目标。
蔚来提出了“三纵三横”的安全构架:
蔚来电池包安全构架 | |||
电芯 | 模组 | 电池包 | |
预防 |
电芯设计 运行条件 |
模组设计 电芯堆垛工艺 运行条件 |
机械强度 电路设计 电池管理系统设计 |
控制 |
电压控制 内阻控制 容量控制 温度控制 |
电芯单体电压 电芯单体温控 电池模组电压 模组安全测试 |
电芯单体电压 电池模组电压 电池包电压 电池包电流 继电器状态 电池储存电荷能力 |
损控 |
绝缘陶瓷涂覆 |
隔燃垫 膨胀力控制 电气绝缘 |
泄压 保险丝熔断 隔燃材料 |
我们来理解一下上述表格:
1、“电芯 - 模组 - 电池包”是从微观到宏观的排序,电芯得精巧,用电芯组合成的模组才安全,用模组组合成的电池包也才安全;
2、“电池包 - 模组 - 电芯”是从宏观到微观的排序,电池包外壳受损,模组外壳还能继续保护;模组外壳也受损了,电芯本体还有自我保护能力;
3、“预防 - 控制 - 损控”是以时间顺序排列的,先预防风险;但是风险还是有的,所以需要用各种温控、电控、密封来规避风险;当损害无法避免时,还有损控流程还降低损失。
D、硬壳电芯有何优势和劣势?
既然蔚来选择了安全优先,硬壳电芯成为首选。刚刚我们提到,任何电芯电池都不可能是尽善尽美的,因此有了下表内容:
主流电芯性能对比 | |||
硬壳电池 | 软包电芯 | 圆柱电芯 | |
案例 | 蔚来 大众 长安 丰田 | 爱驰 前途 | 特斯拉 |
外壳坚固程度 |
铝合金/不锈钢 非常坚固 |
铝塑膜外壳 金属框加固后也坚固 |
铝合金/不锈钢 较为坚固 |
循环寿命 | 长 | 长 | 一般 |
电控难度 | 容易 | 普通 | 很难 |
热失控 | 小概率 |
有一定概率 但不易爆炸 |
散热好 但也有热失控可能 |
制造难度 |
工艺简单但可靠性好 自动化程度一般 |
工艺复杂 自动化程度低 |
工艺复杂但成熟 自动化程度高 |
电芯一致性 | 好 | 较好 | 弱 |
整包能量密度 | 一般 | 高 | 较高 |
最大优势 | 安全 | 容量较高 | 高容量 |
我们来解读一下上述表格:
1、硬壳电芯(方形电芯)的最大优势是安全,毕竟铝合金/不锈钢壳子硬;但是硬壳电池的整包能量密度普遍不高,太多重量被用来保护电芯本身。这是蔚来、大众、丰田、宝马、奥迪的选择。
2、软包电芯的本体重量较轻,单体电芯一致性非常好,问题是加上冷却系统之后,轻量化优势又没剩太多了。爱驰、前途、通用等等车企都选择了软包,你的手机也是。
3、圆柱电芯运用最广泛,而且散热好,单位重量的容量较高。圆柱电芯的供应商特别多,中日美韩都有成熟的圆柱电芯生产企业,包括特斯拉在内的最大多数车企都选择了圆柱电芯,包括你的笔记本电脑。
E、说了那么久,把数据请出来吧
先看一个总表:
蔚来电池包信息 | ||
高压电芯单体 | 类型 | 三元锂离子 |
额定电压 | 3.65V(按1/3C工况充放计算) | |
额定容量 | 50Ah (按1/3C工况充放计算) | |
高压电池包系统 | 额定电压 | 350V(按1/3C工况充放计算) |
额定容量 | 200Ah(按1/3C工况充放计算) | |
长宽高 |
2062/1539/136mm |
|
电池包内电芯数量 | 384个 | |
电池包重量 | 525kg | |
电池包能量 | 70kWh | |
能量密度 | 135Wh/kg | |
电池电芯排列方式 | 4P96S |
我们继续来解读:
1、毫无疑问,蔚来用了三元锂离子“内馅”。目前,三元锂电池比出货量更高的磷酸铁锂电池更具实用意义,研发潜力也更强一些,但耐用性并不如磷酸铁锂那么强(比亚迪e6铁电池出租车可以运营50万公里)。
2、4P96S电芯排列方式,也即是96颗电芯为一个模组,4个模组组成蔚来电池包,里头共计384颗方形电芯,比特斯拉的7000多颗圆柱电芯好控制多了。
3、电池包重量525kg,蔚来ES8的整备质量约为2200kg,占比不到1/4。实际上,我们可以看到ES8底盘内部还有空间可以安放更多电池(下图),但为何蔚来没有这样做呢?蔚来给的答复是:为了服务换电模式,蔚来电池包的外尺寸必须兼容品牌最小车型。也即是说,电池包全品牌统一,车子越小,续航越长。
4、服务换电模式可以,但为何不能在ES8的底盘空隙里面安放固定位置的电池包以增强续航?比如“70kWh可换电池包 + 20kWh固定电池包”。蔚来的答复是:电控难度加大,电池一致性非常难解决。(作者画外音:记得大众汽车的“高性能+高容量混搭电池包”吗?搞砸了……)
5、蔚来硬壳电池包的整包能量密度为135Wh/kg,是目前量产的硬壳电池包里头最高的,但比不上更具密度优势的软包电池包与圆柱电池包(虽然已经很接近主流水平)。不打紧,蔚来的下一款电池包是奔着160Wh/kg来的,非常值得期待。
F、蔚来电池包安全测试
蔚来电池包经历了将近1000天的安全测试,81个测试项目,涵盖用车过程中的各种可控、不可控风险,比如:
1、过冷/过热的环境温度,对电池包的影响远大于对内燃机的影响。蔚来电池包需要在-40℃和+85℃之间的125℃温差之间“生存”下来,颇为励志。
2、内燃机冷启动困难,纯电动车冷启动更是煎熬。蔚来的水冷系统可以自动预热,消耗一定电能,让电池包迅速进入工作状态。
3、一般来说,纯电动车自燃的逃生只有60-120秒。蔚来电池包在火烧130秒之后依然能使用(不是真的让你继续开,而是告诉你这电池包还没失控爆炸),因此在真正遭遇火情时,车主的逃生时间会大幅度增长。
4、强大的防水性能,是一众南方车主的福音。这里指的是涉水过隧道的能力比汽油车还强,而不是把车子泡在洪水中没事。(即使电池包没事,内饰早就便淹了。)
5、最后是跌落测试,半吨中的电池包自由落体,杠杠的,硬壳电池的优势。
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