續(xù)航里程從145公里到675公里 動力電池如何進(jìn)化？
時間:2022-03-14 10:07來源:蓋世汽車快訊 作者:忻文
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近日，國新辦舉行新聞通氣會，解讀《政府工作報告》有關(guān)情況。其中提出要“推動消費持續(xù)恢復(fù)”，三大舉措中，推動新能源汽車消費成為重要組成部分，《政府工作報告》指出要穩(wěn)定增加大宗消費，在去年新能源汽車銷售“井噴”的形勢下，今年繼續(xù)支持新能源汽車消費。
與此同時，在國內(nèi)外共同關(guān)注的2022全國兩會上，“新能源”也再次成為熱議話題，豎起綠色風(fēng)向標(biāo)。作為目前新能源汽車主流動力來源之一，鋰電池、鋰電資源引起多位代表的關(guān)注，提出加快國內(nèi)鋰礦開發(fā)等建議，避免因鋰價上漲、影響動力電池行業(yè)而抑制新能源汽車普及速度。
動力電池對電動汽車有多重要？又有著怎樣的發(fā)展歷程？從特斯拉的故事中，我們可以一窺究竟。
從通用EV1到特斯拉Roadster，從“無奈退場”到“高調(diào)出場”
1996年，世界第一輛現(xiàn)代電動汽車通用EV1量產(chǎn)，成為電動汽車發(fā)展歷史上的重要里程碑。
EV1第一代車型采用的是鉛酸電池，它能產(chǎn)生137馬力，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)13000轉(zhuǎn)，這讓EV1在8秒左右就能完成百公里加速，1994年的原型測試車還創(chuàng)造了296公里/時的極速成績。強(qiáng)勁的性能、沒有傳統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)的抖動和噪音、不需要格柵、風(fēng)阻系數(shù)只有0.19，這一切對當(dāng)時的人來說都是那么新奇。
然而，作為電動汽車的先行者，EV1也難免有著技術(shù)上的缺陷，比如它的電池重達(dá)522公斤，加上車身重量，總重接近1.4噸，續(xù)航里程只有145公里，價格也十分昂貴，更致命的是存在安全隱患，無法滿足乘用車的需求，通用只能采取租賃的方式，在美國兩個州向用戶提供服務(wù)。幾年后，因為政策與市場環(huán)境的不成熟，加之電池本身的不足，EV1還是遺憾退場。
但動力電池與電動汽車的潛力被更多人看到，進(jìn)入了如火如荼的發(fā)展期。1997年，豐田首先使用高功率鎳氫電池，推出普銳斯混合動力汽車，開啟了動力電池在乘用車上的商業(yè)化道路。
2006年以前，動力電池發(fā)展方向都處于搖擺不定的階段，而特斯拉Roadster的出現(xiàn)，讓全球車企與電池巨頭將目光瞄準(zhǔn)了鋰電池。
當(dāng)年，打造EV1的工程師們沒有熄滅夢想，仍在堅持開發(fā)電動汽車，首席設(shè)計師Al Cocconi更是帶著團(tuán)隊出走，生產(chǎn)了一款鉛酸電池車T-Zero。但是，不僅是Al Cocconi，整個電動汽車的產(chǎn)業(yè)都陷進(jìn)了一個怪圈：沿著之前的道路專注于鉛酸電池和鎳氫電池的研發(fā)，但純電動汽車的續(xù)航能力仍然很低，而電池成本卻一直居高不下。
此時，一名來自硅谷的工程師為Al Cocconi投資了15萬美元，并建議T-Zero換用了鋰電池，行駛里程終于產(chǎn)生突破，超過了480公里。這讓鋰電池第一次成為電動車的動力之源，而這名工程師，就是特斯拉的聯(lián)合創(chuàng)始人和第一任首席執(zhí)行官馬丁·艾伯哈德。
自此，特斯拉就走上了超級電池的道路，把鈷酸鋰電池用在了第一輛生產(chǎn)的電動汽車Roadster身上，成為世界上第一個采用鋰離子電池的電動汽車公司。特斯拉在續(xù)航里程、車輛性能與安全性上的多點突破，真正讓屬于電動汽車的時代來臨了。
首個吃鋰電池螃蟹的車企，首要目標(biāo)是安全
特斯拉采用了18650 型三元鋰離子電池，也是最早選用圓柱型三元鋰電池的車企，這可以追溯到特斯拉最初與松下合作的年代。
當(dāng)特斯拉通過智能的電池管理系統(tǒng)，“征服”了被業(yè)界認(rèn)為無法管理的大量18650電池后，特斯拉沒有就此滿足，正如特斯拉CEO馬斯克表示，“安全是特斯拉的首要目標(biāo)”，特斯拉立刻開始著手提升18650電池的安全性能和壽命。
特斯拉自主研發(fā)了領(lǐng)先的熱管理系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)，確保電池在最優(yōu)化、最一致的溫度區(qū)間工作，即使在低溫低電量時，電芯也能保持均衡一致性，并延長電池循環(huán)壽命。
為使電芯穩(wěn)定性更好，特斯拉還在每節(jié)電芯、每個電池磚、每個電池片的兩端均設(shè)置有保險絲，一旦電池過熱或者電流過大則立刻熔斷，斷開輸出避免因某個電池出現(xiàn)異常情況而影響到整個電池包的正常運(yùn)行。
這已經(jīng)成為特斯拉電池的核心技術(shù)，特斯拉開放專利后，更是為后來的許多造車新勢力和動力電池企業(yè)提供了學(xué)習(xí)的模型。
軟硬件多重保障強(qiáng)大性能，太原資深綠牌車主最終選擇特斯拉
電動汽車對電池的要求，是安全系數(shù)高、單次充電續(xù)航里程長、性能穩(wěn)定可靠、可循環(huán)充電次數(shù)多。保障了安全之后，特斯拉得以繼續(xù)在電池其他方面的性能表現(xiàn)上下功夫。
盡管都叫三元鋰電池，而特斯拉車輛所采用的三元鋰電池，擁有自己的獨特配方和工藝，相比起其他三元鋰電池，使用壽命更長、充放電性能更好、能量密度更大，這也意味著特斯拉車輛整體電池更輕、充電快、加速性能好。
特斯拉電芯成功應(yīng)用了硅碳負(fù)極材料，大大提升了電芯能量密度，以更小的體積儲存更多能量。電池包上，特斯拉創(chuàng)新研發(fā)的大模組設(shè)計，不但有效提高體積利用率，也可以容納更多電芯，并將電芯并聯(lián)成組，提高電池包瞬間放電能力，以及單次充電的續(xù)航里程。
眾所周知，和手機(jī)一樣，電動汽車的電池壽命和平時的用車習(xí)慣有很大關(guān)系。這就要求車企不僅在硬件設(shè)計上用功，還要有先進(jìn)軟件的輔助。特斯拉的BMS電池管理系統(tǒng)管控著每個電池充放電，調(diào)節(jié)滿足最佳性能，同時在充電時減少或者避免對電池的損害。同時，特斯拉還以先進(jìn)的熱量管理系統(tǒng)，精準(zhǔn)即時地控制電池包溫度，使其工作在最佳溫度，減少溫度因素對電池的傷害，延長電池壽命。
先前，熱心網(wǎng)友還統(tǒng)計了特斯拉車輛的電池衰減情況，從圖表中可以看出，經(jīng)過5萬英里的行駛，大部分特斯拉車輛（統(tǒng)計車型為特斯拉Model S/X/3）電池僅衰減了5%，10萬公里后，則僅不到10%，即使在20萬英里后，也大多不到15%。
《2020特斯拉影響力報告》中，也給出了官方數(shù)據(jù)。圖表顯示，經(jīng)過20萬英里的行駛后，特斯拉Model S/X的電池衰減水平仍保持在85%左右，與上述數(shù)據(jù)相符。
如今，特斯拉在電池技術(shù)上更進(jìn)一步，Model 3率先搭載了21700三元鋰電池，直徑21毫米、長度70毫米，能量密度接近300Wh/kg，這也讓Model 3成為了全球能耗最低的車型，性能也獲得極大提升，Model 3高性能版續(xù)航里程高達(dá)675公里，百公里加速僅需3.3秒，這幾乎是目前主流電動汽車中最長的續(xù)航里程、最強(qiáng)勁的性能。
此外，特斯拉后輪驅(qū)動版Model 3和Model Y也開始采用磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池的循環(huán)性能更好，一般充放電循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到3500-4000次左右，使用壽命更長，同時還有耐高溫、安全穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點，加之技術(shù)的進(jìn)步使磷酸鐵鋰能量密度不斷提升，能夠滿足消費者的日常出行需求。
作為新能源汽車、電動汽車的資深用戶，山西太原的周先生對此有很深的感受。“電動車我開過好幾輛，一開始是蔚來，后來換成了特斯拉Model Y，也試駕過Model 3和小鵬的車，”他說，“紙面上的續(xù)航數(shù)據(jù)就有明顯差距，實際開起來，特別是冬天，特斯拉的電池更‘抗造’，有電池預(yù)熱功能，續(xù)航里程也比其他品牌的車高不少。”
此外，特斯拉也為每位車主提供8年或19.2萬公里的可靠的電池組質(zhì)保方案，相比市面上常見的8年12萬公里，或者8年15萬公里方案，更能保障車主的權(quán)益，讓用車更安心。
在特斯拉等車企、電池企業(yè)的共同努力下，電動汽車走進(jìn)了越來越多消費者的生活，動力電池技術(shù)也在國家政策與消費趨勢的推動下迅速發(fā)展。技術(shù)的提升往往伴隨著可靠性的提升與成本的降低，我們相信，今后電動汽車將和傳統(tǒng)燃油車一樣成為我們信任、喜愛的出行伙伴，甚至成為超越燃油車的最佳出行方案。
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