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        汽車廠商如何“解決”續航問題?

        騰訊汽車

        續航里程是純電動汽車自誕生起便一直存在的痛點。

        由于受行駛環境、駕駛習慣、車速等因素影響較大,不同條件下的續航里程浮動明顯、難以把握,有些廠家故意將車輛等速續航里程進行大肆宣傳,而車主在實際使用過程中續航甚至會打對折。最近,許多媒體包括騰訊汽車都開始對電動汽車的續航進行實地測試并提出自己的標準。

        那么,針對這一“基因性”的難題,汽車廠商都用哪些辦法來解決呢?

        圖1

        如前文所提到的,影響電動汽車續航的因素有很多。其中有和傳統燃油車相同的因素,如車身重量、風阻系數、輪胎類型、行駛時速等;還有一類則是只針對電動車的因素,如車輛三電系統(電池、電驅、電控)的調校、溫控系統、外部環境等。而主機廠提升續航也多數是追根溯源,從這些影響因素出發。

        對電池“下手”:不斷提升的能量密度

        電動汽車的能量來源是動力電池,提升續航最根本的手段無疑是提升電池容量。

        一般來說,電池容量越大續航里程會越長。然而在單個電芯同等容量的情況下,電池包的容量越大,整車的質量越重,動輒幾百千克的電池會對續航產生不利影響。因此,提升電池包的能量密度被廠家擺在了重要位置。

        目前來看,規模化生產的乘用車磷酸鐵鋰動力電池能量密度大致在140-180Wh/kg之間。三元鋰離子動力電池能量密度大致在180-260Wh/kg之間,針對不同的需求和場景二者各有優劣。就單體而言,三元軟包單體能量密度方面占有很大優勢,因此也得到很多公司的青睞。由于軟包電池在結構上采用鋁塑膜包裝,重量較同等容量的鋼殼鋰電池輕40%,較鋁殼鋰電池輕20%。而隨著技術的不斷進步,這些數值仍在不斷提高。

        圖2

        動力電池電池包及殼體結構圖

        不久前,特斯拉宣布完成對電容器技術公司Maxwell Technologys收購,據媒體報道,Maxwell的技術可以輕松將特斯拉現用電池的能量密度提升30%-40%,而并不會造成成本明顯增加。這意味著其續航將有望達到800-1000公里。

        不僅廠家重視,政策層面也對能量密度提出新的要求。2019年新的補貼政策中,關于電動乘用車能量密度,補貼門檻將從今年105km/kg提高到125km/kg,各個梯次的補貼額度也有所降低。之前由工信部、發改委、科學技術部三部門發布的《汽車產業中長期發展規劃》中也提到,2020年動力電池單體能量密度要達到300Wh/kg。

        固態技術:打破電池的根本結構

        人們對電池材料的探索也從未停止過。目前的技術焦點主要集中在固態電池上。

        眾所周知,目前純電動汽車應用的鋰離子電池主要由正極(含鋰化合物),負極(碳素材料),電解液,隔膜四個部分組成。電池就是靠鋰離子在電解液中來回穿過這層隔膜完成充電放電。而固態電池則是用陶瓷、玻璃或聚合物等固體材料來代替液體的電池產品,使用固體材料而不是可燃液體來實現充電和放電。這一技術可以大大提高電池的能量密度,減小體積,并降低電池起火的風險。

        圖3

        韓國工業技術研究院(KITECH)研發的全固態電池

        當然,現階段的原型產品使用壽命過短,傳導率也非常低。然而這些技術難點并非無法攻克。在未來,這一技術路線能夠輕松突破鋰離子電池無法逾越的天花板。日本的豐田、松下、日產,德國的大眾,國內的寧德時代等公司都在固態技術上有相當的投入。

        除此之外,還有前段時間引發熱議的氫燃料電池,也是一條頗具潛力的技術路線。

        效率提升:降阻減重,電池熱管理系統

        同燃油車一樣,純電動汽車在降低風阻和減輕車身重量方面也做了很多努力。

        例如更加注重空氣動力學的車身線條,隱藏式門把手,得益于電動車架構而更加平整的底盤,甚至某些概念車型上頗為超前的流媒體外后視鏡也有利于降低風阻。而至于車輛底部的電池包也使整車重心相比一般燃油車更加低沉。

        圖4

        除了車身及其他部件的輕量化外,電動汽車的電池包也需要追求更輕的重量。如選擇能量密度較高的三元材料,用鋁合金甚至碳纖維材料的下殼體代替鋼制下殼體。

        圖5

        蔚來研發的碳纖維殼體電池包(暫未量產)

        而一輛純電動車上路行駛,需要電機、電池以及電控系統的協同工作。電機與電控能否有著最佳的表現,也會直接影響純電動汽車的續航里程。它既要控制能耗又要兼顧性能,并且在滿足高動態的車輛響應頻率的同時,還要保護電池和電機的安全性。這也是為什么我們會遇到同樣一輛車在城市路況下續航可以有500公里,而在高速路況下卻只有300公里甚至更少。在這一方面,特斯拉及比亞迪目前頗具優勢。

        圖6

        特斯拉電驅系統

        另外,由動力電池的溫度變化對于其續航能力、安全性起到至關重要的作用,電池的熱管理系統也是各個廠家技術研發的重點之一。這對于地處嚴寒的地區或冬天氣溫較低時尤為重要。近日,老牌供應商大陸集團推出的集成化熱管理系統,號稱在相同的-10°C低溫下,能夠使電動汽車的續航提高25%左右。

        另辟蹊徑:換電,增程,升級

        當然,在目前技術手段難以突破的情況下,有些廠商也另辟蹊徑,通過運營和服務等手段來解決這一問題。例如蔚來的一鍵加電和換電站,理想ONE劍走偏鋒的增程式電動車,威馬最近放出的海報也預示著其有開啟為車主換電的服務。各種手段在此不一一贅述了。

        圖7

        除了現有技術在參數上的不斷發展,多樣性的電池產品和技術革新,正使得續航問題逐漸得到解決。相信在不久的將來,電動汽車續航里程焦慮問題將慢慢成為歷史。到那時,環保、實用、高效都將成為電動車的標簽。

        來源:騰訊汽車

        本文地址:http://www.n2636.com/news/shichang/96402

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