剖析蔚来ES8三电技术
2019-12-26 12:03来源:我爱汽车网阅读量:

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。

电池研究院:剖析蔚来ES8三电技术

“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。

电池研究院:剖析蔚来ES8三电技术

闲话不多说,直入技术主题吧。

蔚来电池技术

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)

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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

电池研究院:蔚来三电技术与充电解决方案

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
保险丝熔断
泄压
过充SSD保险

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。

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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 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 较好
整包能量密度 一般 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。

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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。

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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。

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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。

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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。)

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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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