在开始今天的故事之前,我先提个问题:什么东西大家都知道好,但就是很难说爱?
学习?运动?
如果换你问我,我的答案是:电动汽车。
首先,大家都知道电动汽车好,别的不说,光节约能源、保护环境这两点,就足够贴合“给子孙后代留下美好家园”的时代主题。
要知道,中国石油的 70% 依赖进口,而 70% 的石油最终又被消耗在交通领域。
电动汽车的动力来源是电,这不仅有助于缓解石油短缺问题,而且电力作为一种清洁能源,更是让电动汽车的污染排放量几乎为零。
能节约能源、保护环境的电动汽车,大家都知道好,可问题来了,为什么市场就是很难爱上它呢?主要有两方面原因:安全,续航。
在电动汽车行业,动力电池分为两种技术路线:三元锂电池,磷酸铁锂电池。
从产量上来看,2020 年,三元锂电池略占上风,二者占比约为 6:4,可到了今年上半年,磷酸铁锂电池的产量追平三元锂电池,二者平分秋色。
但从今年 6 月开始,磷酸铁锂电池的产量超过了三元锂电池,与 2020 年产量相比,二者的占比互换了,三元锂电池缩减到 4 成,磷酸铁锂电池则占到了 6 成。
引起二者占比扭转的主因,是安全。
有微博博主做了统计,2020 年 1-8 月期间,国内发生约 20 起新能源汽车起火事件,几乎全部是三元锂电池车型。
三元锂电池的自燃温度为 200℃,在撞击、高温等场景下,电池内部的化学反应会加剧,进而导致汽车起火。
相比之下,磷酸铁锂电池的自燃温度在 500℃-800℃,作为汽车中被严格管理的部分,电池组的温度极难达到磷酸铁锂电池的燃点,即使电池遭遇锐物刺穿,也顶多冒几缕黑烟,不会出现明火。
所以说,磷酸铁锂电池的安全性更高,像国内大力推广的新能源公交车,搭载的几乎都是磷酸铁锂电池。
既然安全性不够强,为什么三元锂电池仍在被使用呢?这主要是出于续航考虑。
尽管三元锂电池的热稳定性不如磷酸铁锂,但它的能量密度更高,可以实现更强的续航里程。
在这个万事都能引发焦虑的年代,消费者在选择是否购买电动汽车时,一个严肃考虑就是:续航能不能和燃油车持平?
毕竟,普通家庭花钱买车,除了要满足上下班通勤外,还要满足节假日出游的需求,倘若续航太弱,旅途刚走到一半,汽车没电趴窝了,开心瞬间变糟心,附近要再没个充电桩,那真是老马陷进淤泥里,干着急没辙。
就这样,安全和续航,成了电动汽车行业里的鱼和熊掌,二者难以兼得:侧重安全,那就选磷酸铁锂;侧重续航,那就选三元锂。
从前面的数据可以看出,越来越多的车企选用了磷酸铁锂电池,为保安全,只能对续航妥协。
可是,办法总比困难多。
在能量密度方面,尽管磷酸铁锂电池几年都没有什么实质提升,可使用磷酸铁锂电池的电动汽车,续航却涨了不少:根据 NEDC( 欧洲的续航测试标准) 的测试结果来看,已经从 400 公里延长到了 600 公里。
这背后,是设计层面的技术进步:一方面,优化空间利用率,在相同空间里,尽可能容纳更多电芯,提高能量密度;另一方面,对汽车各部件进行效率优化,减少不必要的能量损耗。
深耕磷酸铁锂电池的比亚迪和宁德时代,都在做这样的技术改进,比如比亚迪的刀片电池,以及宁德时代的 CTP 技术(Cell To Pack)。
尽管磷酸铁锂电池的续航有所提升,但从用户体验现状中 (尤其是北方用户) 不难看出,磷酸铁锂电池依然有两个使用痛点:低温性能差,剩余电量 (SoC) 估算不准。
而同样问题,就不会出现在三元锂电池中。
这、可真是相爱相杀的一对。假如,把这两种电池拼一拼呢?
这个思路也不是没人想过,比如蔚来就拼出一个三元铁锂电池,将三元锂电池的性能优势,融合进了磷酸铁锂电池的安全优势中。
从蔚来最新公布的电池包整体构造来看,四角位置共安放了 6 个三元电芯,其余部分则为磷酸铁锂电芯。
如此一来,三元电芯就能起到“挡风”作用,避免磷酸铁锂因温度太低,造成工作热情下降。
假如车辆停放在北方冬天的室外,电池包整体温度过低,三元锂电芯自己都处于低温中时,基本谈不上帮队友挡风。所以,电池包保温也是一个需要解决的问题。
从蔚来的介绍看,无论外部温度如何,他们都将把电池包的内部温度控制在最低 -5℃ 以上,当车辆行驶约 10 分钟左右,温度就能回升到适宜电池性能释放的范围。
为了达成这一目标,他们采用了软硬件搭配的模式。
一方面,在电池包内外的关键结合点布置了大量的热量阻隔材料,并加强电池管理,杜绝不必要的热量损失;
另一方面,借助大数据分析, 通过对三元锂和磷酸铁锂电芯低温性能的精准控制,提高电池系统的低温能量效率。
在有效解决了磷酸铁锂在低温下性能差的问题外,剩下需要解决的一大难题,就是剩余电量 (SoC) 估算不准。
北方的电动汽车用户常常抱怨:停车的时候续航还显示 200 公里,怎么睡了一觉,早上起来续航只剩 100 公里了?
还有人抱怨:刚开的时候还显示续航有 50 公里,眨了几下眼睛,续航秒变 20 公里,这掉电未免太夸张了吧?
之所以会有上面的抱怨,是铁锂特性造成的:低温时,铁锂电压就会降低,离子从正极到负极进行传输时,温度越低,离子走的就越慢,所以很难对电量做精准预估。
而三元电芯的加入,刚好充当了标尺的作用:它能够带动铁锂修正状态,再借助软件算法,将电量估算误差降低至 3% 以内,从而达到三元锂电池的电量估算水平。
9 月 23 日,蔚来发布消息称,搭载全新三元铁锂标准续航电池包(75kWh)的车型开启预定,加量不加价,交付时间为今年 11 月。
这不巧了,11 月之后的北方,绝对能给三元铁锂电池提供一个绝佳的试炼场,性能如何,到时一试便知。
文 | 木子Yanni
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