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新能源车提升续航里程,不只有811和刀片这两条路
来自:电动号转载
作者:嘿电
2021-05-08 14:30:00
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在行业内有一种主流的声音,纯电动车型的续航里程达到500km以上就够用了,再提升续航就是浪费。但是如果你真正开过电动车,你就会对续航有不一样的认识,标称的NEDC续航里程,在常温状态下续航打九折,夏季开空调会降10%,冬季开空调再降10%,跑高速再降5%。

如果再把电量掐头去尾,500km的续航也就剩下了300km。因此对于现阶段的用户而言,纯电动车的长续航依旧是买车时首要考虑的因素。

但是问题来了,目前的新能源车,想要提升续航,就得在空间和重量的双重限制下,装下更大容量的电池。为此,车企在过去一般都会在电池包里面使用更大能量密度的电芯,可能量密度提升的同时,安全性也降了下来,过去我们就看到了不少起因使用高能量密度电芯而出现安全问题的电动车起火事件。

当面对消费者日益增长的续航里程需求与电动车安全性之间的矛盾时,车企有没有办法做到平衡呢?在今年大热的NEDC续航达到712km的极氪001上,我找到了一个新的答案。

安全与能量兼具的

Ni55+电芯和CTP技术

这是极氪001的电池包,100kWh的电池容量,180Wh/kg的能量密度,在这套电池包的加持下,TA做到了712km的综合续航。

为了在有限空间内塞下更大容量的电池,但同时又保证电池的安全性,这个电池包在电芯和结构方面都做了很大的创新。在电芯层面,极氪001没有使用811的三元电池,而是使用了Ni55+的单晶高压的5系三元锂。

所谓三元锂,指的是在锂电池中,正极材料使用了镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂的锂电池,其中镍钴锰是三种元素,故而名曰三元锂。我们平时见到的523、622、811就指的是镍钴锰三种元素的比例,不同比例的电芯,所展现出的性能也不同。

这就好比我们打王者荣耀,镍就是我方射手、钴是战士、锰是辅助,多给我方射手让资源能让我方输出更高,但是战士、辅助装备差了整个团队就会非常脆。三元锂也是一样,镍多了能量就会多,但是钴和锰变少安全性就会下降。

极氪001的单晶高压5系三元,指的是一种使用特殊原材料的5系三元,既拥有传统523电芯的稳定,同时还有811电池的高能量密度。

此外,在电池包层面,不同于传统的电芯-模组-电池包的模式,极氪001创新性的使用了大模组CTP技术,将以前动辄十多个的模组缩减至4个,大幅提升了空间利用率。关于这两项技术的创新,我们也为大家好好讲讲TA的原理。

单晶Ni55+电芯是何方神圣?

锂电池放电的过程就像是水库放水的过程,蓄水量等同于电量,而控制放水的水坝就是我们的正极材料。在水库中,都会有个最高水位和最低水位,在电池里面对应的就是电压,电池的电压会随电量降低而不断下降,因此这个电压就成为了衡量电池容量的一个关键参数。

Ni55+的电芯,能量密度达到了250Wh/kg,已经和811的三元锂别无二致,之所以能够做到如此高的能量密度靠的就是“高电压”和“单晶”两个关键特色。

首先是相比传统三元最高4.2V的电压,Ni55+电芯将电压提高到了4.35V,这就好比我把水坝的最高水位进一步提高,那在电池上是不是我的容量也就提升了。

但是由于水位的提高,水坝所承受的压力就变大了,为了保证安全性,这个时候水坝的材料也就得加强,Ni55+电芯的做法,就是把正极材料从以前的多晶换成单晶。

下图为做完高压充放电循环测试的多晶和单晶材料的扫描电镜图,第一排为多晶,第二排为单晶,循环测试后,多晶三元结构破碎了,但是单晶三元材料结构基本没有变化。

多晶材料,就好比是一堆碎石+水泥筑起来的水坝,而单晶就好比是一整块完整的巨石通过切割筑起来的大坝,在重量厚度相同的情况下,由于单晶内部结构稳定,就拥有了抵抗更高压力的能力。通过提高电压来提升能量密度的方法,Ni55+电池就在保证安全性和成本的情况下,显著提升了单个电芯的能量密度。

CTP去模组技术,提升空间利用率

除了在电化学层面的创新,极氪001在从电芯到电池包的过程中,也做了更多的结构性创新,也就是这次电池包使用的大模组CTP(Cell To Pack)技术。

传统的电池包中,一般都是由10-14个电芯组成一个模组,再有12-20个模组组成一个电池包,但模组的存在,使得整个电池包的空间利用率有所下降,导致了成组效率的低水平。模组越多,零部件越多,成组效率也就越低(目前主流成组效率在60%左右)。因此,将模组做大做少,乃至于无模组,是近年来电池系统工艺设计层面的关键要素。

同时,极氪001的极芯电池包采用Ni55+单晶高压电芯,拥有更好的品控和一致性,因此得以让极氪001的电池包使用了大模组的CTP技术,整体的电池包成组效率达到了72%,相比传统电池包,系统能量密度提升了20%。

安全:电池包无热蔓延,不起火

得益于全新的电芯和PACK方式的加成,在安全性方面极氪001也做到了很大的突破。首先是在电芯层面,5系三元天然的热失控温度就比6系和8系三元要高很多,这就让极氪001在面对极端高温情况时,失控概率就比另外几种三元要低很多。

其次在电池包的PACK层面,每一节电芯之间都使用了隔热材料进行了分割,并且设置好了无障碍的烟道。即便是某一节电芯在极端条件下出现了热失控,这节电芯散发出的热量也会顺着电池包设计好的无障碍烟道散出去,防止TA引燃其他电芯,最终整个电池包最多也只会冒烟,保证驾驶员在遇到危险状况时,有足够的逃生空间。

One More Thing,不只是100kWh的极芯电池包,在86kWh的极芯电池包里,同样使用的是Ni55+的电芯,电池包也能做到无热蔓延不起火,消费者完全不需要在电池包上去纠结安全问题。

写在最后

买电动车综合续航与安全性能哪个重要?在我看来,这从来都不是一道选择题。对于消费者来说,当然是“我全都要”。如果一家电动车企指着自家400多公里的车型,说我们是为了更安全,那纯粹是为自己技术不到家而掩饰。

极氪001在安全和续航的这件事情上开了个好头,712km的综合续航,100kWh的无热蔓延电池包,期待后续我们测试一下这款车的真实续航水平。




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