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53个月,400到700,续航里程加速增长的背后逻辑
汽车商业评论 2086浏览 2020-03-26

续航从400公里到500公里花了3年4个月,从500公里到700公里只用了一年

“里程恐惧”恐怕成为历史名词。

工信部申报数据显示,计划4月15日上市的小鹏P7后驱超长续航版NEDC续航里程706公里,将成为首款续航里程超过700公里的量产电动车,也是第一款续航里程超过特斯拉的电动车。

超700公里,这对几年前的电动车来说是不可想象的。在新能源技术日新月异的2020年,你是否还能想起中国首批电动车续航里程是多少?你是否能想起首款续航达到600、500、400、300公里的都是什么车型?

我国从2010年开始实施新能源汽车补贴政策,大力推进新能源汽车的发展,但由于技术和成本的原因,2010-2015年期间的电动车车型少、续航短、成本高。

2011年,汽车商业评论记者曾采访过多位国内首批电动车私人用户,包括上海安亭汽车城员工和MINI E纯电动中国路试车主。

当时几款车的续航里程:奇瑞瑞麒M1-EV 150公里,力帆620纯电动160公里,众泰EV200公里,MINI E 224公里。那时的续航里程并非都是 NEDC里程,有的车型的参数表中直接标明“最大续航里程”。

之后,更多纯电动车型陆续上市,续航里程慢慢提升至200~250公里。

首款续航达到300公里的电动车是2014年3月上市的比亚迪e6,而且以后5年里,首款续航突破400公里、500公里的车型仍然被比亚迪垄断。直到2019年10月才出现了第二个续航里程突破整百大关的品牌:广汽新能源。小鹏成为第三个突破记录的品牌。

以下是首款突破400公里、500公里、600公里、700公里续航车型的相关信息汇总表。

能看出续航里程从400到500公里用时最久——3年零4个月,从500+到600+只用了7个月,600+到700+只用了6个月,如果没有疫情,应该只用5个月。

照这个规律推演下去,续航里程突破800公里岂不是在2020年内就能实现的?

让我们一一回顾这些续航里程上的里程碑车型,以及当时的中国新能源产业状况,会发现一些有趣的东西。

突破400公里——比亚迪e6 400

2015年5月,在工信部第四批免征车辆购置税的新能源汽车车型目录中,比亚迪e6一举把续航里程从300公里提高到了400公里。

2015年11月,比亚迪e6 400上市,成为国产电动车中首款实现量产的工况续航里程400公里的车型。

该车型在保持重量少许增加的前提下,用磷酸铁锰锂电池替代磷酸铁锂电池,提升电池能量密度,实现了续航里程的大幅提升,从300公里提升至400公里。

车辆搭载磷酸铁锰锂电池,电池容量为82千瓦时,能量密度达到150瓦时/公斤,成本约1500元/千瓦时,而当时国内车用锂电池成本普遍在2000元/千瓦时左右。

相对于磷酸铁锂电池,磷酸铁锰锂电池正极材料具备高电压、易管理、高体积密度、高循环寿命、高安全性、低成本和低温性好等优势。e6 400电池容量增加了19千瓦时,但整体电池质量反而减重50公斤。

为了在电池放电效率与稳定性上进行平衡,比亚迪e6 400采用新的电池控制系统以及全新的水冷散热系统。虽然采用与老款e6相同的防冻液,但是在电池组件内部通过增加散热鳍片和全覆盖的水道,用以保证电池工作的稳定性。

突破500公里——比亚迪唐EV 600

比亚迪e6 400的续航冠军保持了很长一段时间。

2016年3月,财政部公布发布了《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》,其中提到2017-2020年除燃料电池汽车外其他车型补助标准适当退坡,并把续航里程、电池能量密度等指标和补贴额度直接挂钩,从侧面鼓励车企增加续航里程,以增强新能源车的吸引力。

2016年9月新能源汽车骗补被曝光,政府提高了新能源汽车的准入门槛。到了2017年,新能源车补贴政策大幅退坡,政策导向迫使电动车厂商转向了研发生产长续航车型。主流电动车开始进入400公里时代,北汽、比亚迪、江淮、吉利等多家自主品牌车企都突破了续航400公里大关。

到了2018年12月,在工信部第二十二批免征车辆购置税的新能源汽车车型目录中,出现了两款续航里程突破500公里的产品,一款是东风风神E70,一款是比亚迪的唐EV600。

综合续航里程508公里的东风风神E70 600上市时间是2019年9月,而综合续航里程520公里的比亚迪唐EV 600是2019年3月上市的,后者成为首款续航里程突破500公里的车型。

比亚迪唐EV 600不再使用磷酸铁锂电池,而搭载了比亚迪自研的NCM622电芯(镍钴锰酸锂电芯,正极材料用60%的镍、20%的钴和20%的锰),电池组总容量为82.8千瓦时,能量密度达到了161瓦时/公斤,电池成本接近1500元/千瓦时。

由于采用大容量方形铝壳电池单体成组方案,电池单体容量达135Ah,减少了大量壳体材料重量,比上一代能量密度140瓦时/公斤的电池轻了77公斤。

除了超大容量电池组,基于全新e平台打造的比亚迪唐EV 600还采取了多方面的措施来增加续航里程,比如集成了智能电池温控系统,采用多重保温隔热设计,减少电池因受高低温造成的容量损失;还有将驱动系统电机、电控和变速器高度集成,并采用轻量化的车身设计、以及低风阻的轮毂的设计,实现了0.33cd整车风阻系数等。

突破600公里——广汽新能源Aion LX

就在比亚迪唐EV 600上市当月,2019年3月26日,财政部官网公布了《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,在缩小补贴范围的同时,进一步提高了新能源汽车动力电池系统能量密度要求、新能源汽车整车能耗要求和电动乘用车的续驶里程门槛。

虽然政策没有新的变化,但补贴金额已经下降到2万元或以下,总体占成本比重越来越低,对车企的影响也越来越小。车企不再追求高补贴,而是努力推出真正有竞争力的车型,迎接与全球车企一起角逐的无补贴消费时代。

继比亚迪EV 600之后,比亚迪秦Pro EV、小鹏G3、腾势X纯电版等多款车型的续航里程在2019年突破了续航500公里大关。

2019年8月30日工信部公布的第二十六批免征车辆购置税的新能源汽车车型目录中,我们看到了续航里程达到650公里的广汽新能源Aion LX。

纯电动汽车续航从突破400公里到突破500公里花了3年4个月,从突破500公里到突破600公里只用了7个月。2019年10月17日,广汽新能源Aion LX 80上市,实现了续航600公里的突破。

Aion LX采用了宁德时代最新的NCM811电芯(镍钴锰酸锂电芯,正极材料用80%的镍、10%的钴和10%的锰),电芯能量密度约为234瓦时/公斤,电池组容量是93千瓦时,能量密度为180瓦时/公斤,在目前中国品牌量产纯电动车中较为领先。

现阶段,电动车40%的BOM(Bill of Material,物料清单)成本由动力电池系统构成,动力电池BOM成本的40%由正极构成。随着镍含量的升高、钴含量的降低,可以让811三元锂电池的正极材料成本减少15%。

据真锂研究提供的数据,811三元锂电池正极材料的价格则是16.6万元每吨。据中国科学院欧阳明高士院在“中国电动汽车百人会”的年会论坛上透露, 811三元锂电池的成本,即便是特斯拉恐怕也要1000元/千瓦时甚至更高,普通的新能源车企也许要到1200元/千瓦时。

由于811电芯的正极材料热分解温度仅为 120 摄氏度,相比其他三元锂电池的 200 摄氏度以及铁锂电池的 700~800 摄氏度相差甚远,因此带来了电池热稳定性变差,循环寿命变差,倍率性能变差一系列弊病,需要生产技术和工艺指数级的提高。电池集成到车上后,对BMS电池管理系统以及电池组防护性能都提出了更高的要求。

广汽新能源除了强化Aion LX的BMS电池管理系统(监控、充放电、热管理),还加强了电池组壳体的强度,并把电池组下壳体设计成双层结构,以保证在安全前提下实现长续航。

突破700公里——小鹏P7

当811三元锂电池在2019年成功应用量产后,爱驰U5、吉利几何A、蔚来ES6等多款车型也装备了811三元锂电池。

电动车续航逐渐赶超燃油车的现状,也让市场和消费者对于电动车有了更多的遐想空间,新能源汽车的制造商开始向更高的目标进发。

2020年3月13日工信部公布的第三十批免征车辆购置税的新能源汽车车型目录,出现了续航里程达706公里的小鹏P7。

这款将于4月上市的车型搭载了宁德时代新一代811电芯,采用全铝箱体、SMC复合材料等轻量化技术打造的方形电池组,电芯额定能量80.87千瓦时,能量密度达170瓦时/公斤。

小鹏P7通过精细化设计的智能热管理温控系统,能够实现-30℃~55℃超宽温度使用范围;高性能三合一电驱系统全球率先搭载德国英飞凌950IGBT模块,可持续40s向电机输出580A大电流;采用实时精确的温估算技术,有效管理IGBT核心温度;配备大扭矩水冷减速器,国内首创外置冷却水道。

整套电驱系统体积仅18.6升,功率密度达到行业领先的2千瓦/公斤;通过系统优化匹配,电机系统最高效率大于95%,NEDC综合工况效率大于85.5%。

为了增长续航里程,小鹏P7采用了流线型轿跑车身,通过主动式前格栅、半隐藏式雨刮设计、隐藏式电动门把手、低风阻外后视镜、精细的尾部设计以及车身底部平整化布置,将车身风阻系数降至0.236Cd。风阻系数对于续航里程非常关键,以P7为例,风阻系数每降低0.01Cd,NEDC综合续航里程将增加约8公里。

在短短的一年时间里,电动汽车的续航里程极限从500公里暴涨到了700公里,一方面是来自政策的压力,补贴的退坡让新能源汽车被迫“断奶”,要在没有财政补贴的情况下直面燃油车的竞争;另一方面是来自新能源车自身技术发展的需要,续航能力的突破者将直接影响消费者对于电动汽车的使用体验,从而影响人们对电动汽车的接受程度。

谁是首款800公里车型?

回顾续航里程的进步过程,我们可以发现中国电池技术的进步和整个新能源汽车行业的进步。

在400公里阶段,自己掌握电池技术的比亚迪长时间领先,因为它比其他车厂更懂得如何将电池的功效发挥到更大。

到了500公里阶段,最先上市的比亚迪没有再用自己最拿手的磷酸铁锂电池,而是用了自研的三元锂电池,之所以能最早推出超过500公里的车型,应该还是和比亚迪电池是自家生产有关,因为在电池的匹配、生产工艺上比别家效率更高。

到了600公里以上阶段,高镍811三元锂电池在性能上已经明显占优,而且电池都是来自供应商,不再是独家所有,在电池的功能差不多的情况下,就要拼其他影响续航的因素,比如车身重量、电池管理、风阻系数等,从设计时就要开始考虑如何节电增效。谁能把这点做到极致,就有可能抢占先机。比如小鹏就在电池容量少、能量密度低的情况下,率先突破了700公里。

再往后,如果电池性能没有质的突破,那么提升续航里程就只能在其他方面下功夫了,最简单的是改进车辆的节能效果,比如在上述车身设计、减重、电池管理方面挖潜;较复杂一些的是改进电池封装形式,比如CTP封装,仅改变生产工艺,在不提升电池性能的前提下提升整车续航里程;再复杂一些就是改进现有电池材料配方,比如四元锂电池,但这种方式后续要重新解决电池一致性、耐用性、安全性一系列问题,需要比较长的时间。

800公里车型什么时候出现?续航里程的极限在哪里?

在2020年电动汽车百人会论坛上,中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高公开表示,目前电动车厂商需要关注的问题不再是续航里程,而是车辆安全和充电焦虑。

北汽集团董事长徐和谊也认为,续航里程不是越长越好,“续航里程600公里电池是300公里的2倍重,空转不说,电池自重加大,对轮胎的磨损会加剧,另外运营成本也会大幅度提升。我们通过多方面的综合因素来算,续航里程300公里足够了。”

一些新能源企业内部人士表示,500公里的续航里程是纯电动车的分水岭,超越这一数据后,电动车的续航里程将与燃油车相差无几。

不过,问题的关键在于,电动汽车标称的续航里程,哪怕是NEDC续航里程,和实际行驶里程有一定误差,而且这种误差会根据天气、路况、行驶速度甚至电池管理系统等因素变得不确定,你很可能无法明确知道车还能走多远,这也是目前续航里程焦虑的主要问题。

这种焦虑可能会随着充电设施的合理分布、充电时间的缩短而减轻,但在目前,多数人感觉在保证安全的前提下,还是车辆续航里程长一些更踏实。

还需要氢能、固态电池吗?

续航里程之所以能在5年内翻倍,主要得益于电池技术进步和成本下降。

目前电池厂商的增程降本主要是从两方面入手,一方面是改良电池的制造工艺,一方面是对电池材料进行革新改良。

制造工艺方面,CTP(Cell to Pack)技术成为新方向,把电芯直接集成为电池包,省去了中间模组环节。目前CTP有两种技术路线,一是采用完全无模组方式,二是以大模组替代小模组的方式。

比亚迪的“刀片”电池属于前者。首款搭载这种电池技术的比亚迪汉纯电版将在今年6月上市。

后者的代表企业有宁德时代、特斯拉、蜂巢能源等。北汽已经宣布将在其电动车EU5上采用宁德时代CTP电池包。

电池材料革新方面也一直在进步。三元锂电池正极材料中的钴是影响电池成本的重要因素,特斯拉一条“无钴,不代表一定是磷酸铁锂”的新电池消息,引发了行业无限遐想。镍锰酸锂电池、锂硫电池、锂空气电池等“无钴”电池都在研发中。

3月4日通用汽车与LG化学一同推出的新电池Ultium在正极材料镍钴锰中加入铝,提高能量密度和安全性,同时通过降低钴含量进一步拉低成本,预计2021年量产。

国内电池企业中,蜂巢能源2019年7月发布的NCMA四元锂电池也将在2021年量产。

如果锂离子电池照这个趋势下去,氢能、固态电池是否还有存在的必要,将打上一个大大的问号。

 
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