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电动车续航不够?有了这些技术,续航提升至少20%

09-04 14520 李劭行  

在我国汽车工业发展初期,人们对于汽车的认知不够深的时候,想当然地认为车辆当然是越重越好,甚至提出:车辆更重代表钢板越厚,车辆的安全性更好;车辆越重,跑高速越稳等言论。

 

上图为保时捷991.2 GT3赛车内部图


事实当然是否定的,其他条件相同的情况下,重量更大的车辆,无论是加速性能还是刹车性能都会比重量轻的车辆更差,所以赛车会将车厢内部不需要的部件拆掉,降低车身重量。汽油车姑且如此,那么电动车呢?

 


电动车也是一样的道理,甚至可以说汽油车的减重比电动车更复杂。鉴于目前政策法规对于电动车电池包能量密度以及汽车续航要求的原因,电动车的电池包通常有几百公斤的重量,只要电动车通过提高电池容量来提高车辆的续航就必须增加电池包的重量。电池包增加的重量又会影响车辆的续航以及操控性,所以电池包的重量以及续航里程两者之间必须要取得平衡才能发挥车辆的极限性能。

 

 据统计,新能源车的电池包占车重的20%以上,如果能够在电池系统上做文章,是不是既能降低重量,又能增加续航,还能提升操控? 

 


电池系统是新能源汽车的动力来源核心,大致由电芯、模块、电气系统、热管理系统、箱体以及电池管理系统组成。电池包的轻量化可以从材料、结构、制造工艺等几个方面进行。

 

在早期自主品牌对混合动力车型或者纯电车型的制造思路主要是油改电,传统燃油车以钢制车身为主,对于钢铁技术以及钢铁方面的供应商比较稳定,所以电池包箱体一开始就被设计成钢质。



我们都知道钢材虽然在坚固程度、耐用度都有比较出色的表现,但是钢材不利于轻量化,所以越来越多追求性能或者轻量化的车型开始转而使用铝合金车身或者铝制件来降低车身重量。

 

特斯拉Model S作为特斯拉第一款车型,电池包总重量大约900kg,其电池包箱体为铝材质,重量约为125kg,大大减少了电池包箱体的重量。

 


无独有偶,蔚来ES8的电池包箱体同样是使用铝型材制造,电池组重量为525kg,电池包容量为70kWh,整包的能量密度大约为170Wh/kg。此外,蔚来还跟西格里碳素公司合作,推出碳纤维电池壳体,同样体积的碳纤维电池壳比铝合金轻40%。同时隔热性能以及强度都比铝合金高,除了高昂的成本因素外,是最适合当电池壳体的材料,目前ES6已经使用上了这种碳纤维材料的电池壳。

 

为了避免钢制材料的焊接、密封、漏水、腐蚀等问题出现,有的厂家使用铝铸造电池箱体,比如通用、宝马车型的PHEV车型的电池盒。



但铸铝方式不太适合纯电动车,因为铝铸造大器件的成品率不佳,所以铝铸件一般只会出现在PHEV这种电池包尺寸较小的车型上,当然腾势500是个例外,腾势500的电池包壳体就是使用铝铸造工艺制作。

 

电池系统的制造工艺包括电池单体的封装、电池模组的排布、热管理系统的设计等,航天工程装备公司的吉华博士归纳的铝合金电池包的结构形式中,框架承载式是最佳方案。



铝型材和冲压件互相配合,能够有优异的静强度、疲劳性能、抗腐蚀性能、抗碰撞以及挤压性能等优点。

 

目前汽车的电池单体主要有圆柱形、方形以及软包电池三种,方形电池使用最普遍,其次是软包电池,最少的是圆柱形电池。



圆柱形电池经过多年发展,电池的标准化程度高,同时制造工艺成熟,能够大规模生产是其最大的优势。同时,圆柱形电池之间有良好的散热空间,所以很多实用圆柱形电池的车辆都会使用成本较低的风冷技术。

 


方形电池的可塑性比圆柱形更强,能够根据产品的需求进行定制化设计,但由于铝制外壳的重量原因使得电池的能量密度不如软包电池。软包电池采用比铝制外壳更轻的铝塑膜包装,进一步提升电池组的能量密度,且软包电池可塑性强,根据不同部位设计需求设计成不同的外形。但软包电池的一致性较差,同时需要在电池组内部增加冷却组件,而且对电池管理系统有更高要求。同时现阶段铝塑膜技术成本高,国产技术水平有限,大部分还是依靠进口供应,所以产量难以提高。

 


特斯拉Model 3将原来的18650系列电池改为最新的21700系列电池,能量密度提升约35%,通过增加单体尺寸而降低电池包重量。方形电池可以通过减薄外壳的厚度来实现减重,例如将铝壳厚度由0.8mm降低到0.5-0.6mm,使得单个壳体减重20%以上。同时可以通过合理规划,增大电池单体体积,减少壳体数量,进一步减重。

 

车辆的轻量化是无止境的,但轻量化有一个大前提——安全。不能为了提高车辆的续航里程,无下限地削弱、减薄电池外壳甚至电池内部元件。据不确定消息称,当初电动车自燃很有可能是因为电池内部的薄膜被锂枝晶刺穿而使得电池热失控导致火情的发生。虽然轻量化是王道,但安全更是所有轻量化的前提。


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王汪汪
2019-09-05
花里胡哨
浪费
2019-09-04
好文章
佐兰
2019-09-04
很强势
上瘾
2019-09-04
教授辛苦了
唔知晓
2019-09-04
支持教授就对了
酷炫
会飞的蚂蚁
2019-09-04
我觉得不错
浪费
2019-09-04
不明觉厉
孤城
2019-09-04
666
赵长安
2019-09-04
V8 5.0
2019-08-31
科普贴
玩车教授
2019-08-31
V8 5.0
2019-08-31
科普贴
谢谢
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