通往 1000 公里續航的“捷徑”是什麼?

通往 1000 公里續航的“捷徑”是什麼?

如果說燃油車時代,會為了把加速度提高一秒、甚至零點幾秒而執著於發動機技術的話,那在電動車時代,這種執念就是對續航里程的極致追求。

比如,儘管目前量產車普遍提供的 600km 續航已經能滿足絕大多數的出行需求,但是 1000km 就像是登山者眼中的喜馬拉雅,像一個標杆一樣引得各家車企、電池供應商競相追逐:超低風阻的設計、輕量化的結構、電驅動效率的精進…… 大家絞盡腦汁用各種方式來提升續航,這其中對續航影響最大也最直接的,當然是動力電池。

就當我在感嘆動力電池對於電動汽車的重要性時,寧德時代釋出了下一代產品——麒麟電池,試圖用更強的自己讓量產車1000km 續航的目標落地。

6 月 23 日,寧德時代釋出了關於 1000km 續航技術「炸彈」——CTP 3。0 技術,代號麒麟電池。在新的技術下,麒麟電池的能量密度將提升到 255Wh/kg,這意味著在相同的化學體系、同等電池包尺寸下,麒麟電池的電量將比 4680 電池提升 13%。

通往 1000 公里續航的“捷徑”是什麼?

麒麟電池,會是我們走向 1000km 量產車最近的一條路麼?

高度整合化的 CTP 3.0技術

續航 、快充兩手抓

在有限的空間內安全可靠地提供更大的電量和補能的便利性,是動力電池不變的目標。在這個目標之下,電池的進化路徑就像華山派的劍宗和氣宗,一派更注重「內功心法」的修煉,透過電芯內的化學屬性來提升效能;另一派則更注重外在形式的最佳化,藉助生產工藝和結構來提高電池效能。

前者就像寧德時代去年釋出的鈉離子電池,而後者則更像這次釋出的麒麟電池所採用的無模組電池包 CTP 3。0 技術。

01

「三合一」的彈性夾層

提升能量密度

原本動力電池由電芯組成模組,再由模組組成電池包。在這種構成下,模組固然支撐電芯、保證強度和安全,但是佔據了大量的空間和重量。原本的電芯-模組-電池包技術下,動力電池中電芯僅佔電池包體積的 40%,而剩下的 60%被模組、水冷系統、防護結構等佔據,這些模組雖然是動力電池難以或缺的一部分。

因此,如何將模組、水冷系統、防護結構等進行最佳化,儘可能電池包中電芯的體積佔用率,就是成了 CTP 技術不斷迭代的目標。

2019 年,寧德時代推出 CTP 1。0 技術,去掉了模組間的側板,將體積利用率從 40%提升到了 55%;如今釋出 CTP 3。0 技術,將體積利用率進一步提升到了 72%。

通往 1000 公里續航的“捷徑”是什麼?

同樣採用了無模組設計的 4680 系統,體積利用率是 63%。當然,麒麟電池與 4680 電池具體在效能表現上的對比,還要等量產落地後才能進一步評價。不過從體積利用率來看,在單位體積下能夠填充更多的電芯,麒麟電池比 4680 電池提升 13%的電量似乎也就在情理之中了。

通往 1000 公里續航的“捷徑”是什麼?

為了在不影響安全和效能的前提下實現 72%的體積佔用率,麒麟電池做了大幅度的結構簡化,進一步去掉了箱體上的橫縱梁,將橫縱梁、水冷板、隔熱墊三合一,整合為一個多功能彈性夾層。

通往 1000 公里續航的“捷徑”是什麼?

這個彈性夾層既能在垂直於行車方向上構建受力結構,提高抗振動、衝擊能力,也能提供水冷和隔熱效果。

原本佔據了電池包內大量空間的橫縱梁結構被「三合一」最佳化後,寧德時代還利用 AI 模擬模擬技術對電池全生命週期的應用場景設計邊界,將結構防護、高壓連線、熱失控排氣等功能模組智慧分佈,進一步釋放 6%的能量空間。

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這樣,麒麟電池的體積利用率增加到 72%,動力電池的最大能量密度也提升到了 255Wh/h。

02

毛細血管版的水冷系統

提高快充效率

對於動力電池來說,原本整合了電芯的模組不僅能起到支撐作用,也可以透過模組間的隔板起到散熱作用。因此,取消了模組後的無模組電池,無論是麒麟電池、4680 電池還是比亞迪刀片電池,都難以避免一個問題:缺少了模組的間隔,電芯間的散熱如何解決?

原本的動力電池中,通常將水冷板放在電池包的頂部或底部,透過水冷板與電芯上下端的接觸起到冷卻效果,比如比亞迪刀片電池上層的直冷板設計。不過電芯兩端的接觸面積終究有限,為了增加電芯的散熱面積,把水冷板夾在電芯之間,讓面積更大的電芯兩側與水冷板直接接觸,就成了無模組電池進化的方向。

比如,特斯拉 4680 電池將水冷板設定在電芯之間,透過圓柱電芯間的空隙和水冷板夾層實現散熱效果。

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(4680電池中電芯間的水冷板)

類似的,麒麟電池將原本設定在電池模組底部的水冷板改為電芯之間夾層,原本一塊直板的水冷板像百葉窗一樣分置在每塊電芯之間,原本只通過底部冷卻的電芯將在兩側雙面同時冷卻。

通往 1000 公里續航的“捷徑”是什麼?

通往 1000 公里續航的“捷徑”是什麼?

在電芯夾層水冷板的作用下,一方面增大了電芯換熱面積,將換熱面積擴大了4倍,電芯控溫時間縮短到了原來的一半;另一方面,水冷板隔絕了相鄰電芯間的接觸,在極端情況時,電芯可急速降溫,有效阻隔電芯間的異常熱量傳導,在保障電池包強度的同時提升電芯全生命週期的可靠性。

毛細血管一般的水冷系統對於麒麟電池最大的作用,就是更有利於快充設計。

當電池進行大功率快充時,短時間產生的大量熱量不僅降低了充電效率,也給電池安全帶來危險。可以說,快充時發熱過快和冷卻效率低,是影響快充和高壓平臺發揮的阻力之一。

因此,優秀的散熱性是一款電池實現高壓快充不可或缺的屬性。在電芯夾層的水冷系統下,麒麟電池的換熱面積擴大了四倍,可以達到 4C 的充電倍率,實現 5 分鐘熱啟動和 10 分鐘快充至 80%。

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03

可呼吸的微米橋

提高電池迴圈壽命

除了能量密度的提升和充電倍率的提高外,麒麟電池在三合一夾層內搭建了可自由伸縮的微米橋連線裝置。

動力電池在使用過程中,電芯會隨著充放電和老化而產生膨脹,電芯之間的間隙也隨著使用而逐漸變小,開始彼此擠壓。這種電芯單體的擠壓,嚴重影響了電池的迴圈壽命。

因此,電芯之間可自由伸縮的微米橋裝置,就調整了電芯的間隙。初始時,電芯尚未老化,彼此保留了相對比較大的間距,微米橋膨脹填充電芯間隙,使電池包構成一個緊密的一體化能量單元,提高電池包的抗振、抗衝擊能力;當電池使用一段時間後逐漸老化時,電芯開始膨脹,這時微米橋將自動收縮,讓電芯間依然緊密卻不會擠壓到彼此。

麒麟電池是「電動車焦慮」的剋星麼 ?

作為一位電動車主,看到麒麟電池的釋出,除了感嘆技術的進步外,最大的好奇就是:

有了麒麟電池,我們的里程焦慮和補能焦慮是不是會被解決了?

兩個月前,賓士在歐洲舉行了一場「能效之旅」——VISION EQXX 極致的節能設計和電驅技術,配合合寧德時代提供的動力電池,實現了單次充電行駛 11。5 小時、超過 1000km 的旅程。也許,短期內我們無法在量產車上體驗到 VISION EQXX 極致的節能設計,但是更強的電池並不遙遠。

通往 1000 公里續航的“捷徑”是什麼?

根據寧德時代透露,採用了 CTP 3。0 技術的麒麟電池,可將三元電池系統能量密度從目前使用的 200Wh/kg 提升到 255Wh/kg,提升了 27。5%,而磷酸鐵鋰電池系統能量密度也提升至 160Wh/kg。

通往 1000 公里續航的“捷徑”是什麼?

當麒麟電池將能量密度增加了 27。5%後,1000km 續航不再只是概念車上讓普通使用者渴望卻難以企及的突破,也不再是實驗室中仍然尋求落地的技術,而是即將在 2023 年實現規模化量產的產品,是可能最快讓我們在量產車上真切地體驗到 1000km 續航的產品。

當然,對於城市通勤、對續航並不敏感的使用者來說,充電的速度可能比續航里程更重要,焦急之下能夠「充電五分鐘通話兩小時」帶來的快感是多元的續航里程也無法替代的。

因此,市面上的頭部電動車品牌們似乎都將純電高壓平臺和快充系統作為自己下一代產品和平臺的王牌,它們中大部分都將高壓平臺和快充的產品規劃定在了 2023 年,比如理想的純電車型。

此前,特斯拉超充系統最大功率 250KW,搭載電池能實現 3。1C 充電倍率,這樣看來,擁有 4C 充電倍率的麒麟電池應對 800V 高壓平臺和快充需求似乎更遊刃有餘,來的也是恰到好處。

最後

每一款車都有自己的側重點和不同的設計考量,仁者見仁;但提到電動汽車時,幾乎沒有人會去質疑電池對於一輛電動汽車的重要程度,不論在定義汽車的車企眼中,還是每一個用錢包投票的消費者眼中,動力電池都是無法輕視的硬實力。

正因如此,當麒麟電池釋出後,我們看到微博上車企們的頻繁互動,對於將在一年後量產的麒麟電池,爭搶上車的姿態已經拉開,開上 1000km 量產車的小目標也不遠了。

通往 1000 公里續航的“捷徑”是什麼?

從 2019 年的 CTP 1。0 技術,到如今搭載了 CTP 3。0 技術的麒麟電池,我們看到了電池結構的化繁為簡,也看到了動力電池效能的逐步提升,超越自我。

就在我寫這篇稿的時候,手機剛好彈出「寧德時代凝聚態電池已在研發中」的訊息,在電池行業的技術引領上,寧德時代似乎從未放慢腳步。