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开扒EPA能耗榜,这项技术会是霸榜选手的领先原因吗?

天天汽车APP 3083浏览 2021-11-04 IP属地: 未知

开扒EPA能耗榜,这项技术会是霸榜选手的领先原因吗?

撰文|小魔  
美国环保署的EPA能耗与续航测试,相较于我们平时接触更多的NEDC与WLTP等有着更为严格的测试标准,公布的结果往往与车主实际用车更为接近,也因此在广大消费者心目中更具参考度与公信力。  
在不久之前,我们还曾总结过8款EPA续航里程超480公里的长续航电动车,其实细心的读者会发现,这个续航排行榜几乎都被特斯拉、Lucid、Rivian三家公司旗下的电动车霸占了。  
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尤其是Model3、LucidAir以及RivianR1T皮卡这三款车在能耗与续航表现上,更是与市面上的大部分电动车都拉开了不小的一段距离。  
如果说它们有什么共同之处,除了同为新势力阵营产品这个明显特点外,可能还因为它们在关键技术上都有一个共同的选择,就是电池组均采用了圆柱电池这种电芯形式。  

它们为什么钟情圆柱电池  

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特斯拉可以说是第一家使用圆柱电池的电动车制造商,虽然为降低整车成本,它目前也开始在标配车型中使用方形电池(在中国生产的标准续航车型中使用了宁德时代的方形磷酸铁锂电池,化学成分更稳定)。  
不过特斯拉最初选择圆柱电池这种形式,除了考虑到低成本这个巨大优势外,更是看重了圆柱电池发展时间长、标准化程度高这些特点。  
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当时作为特斯拉电池供应商的松下,已在18650电池的生产工艺上积累了大量经验,使得产出的电池在一致性、安全性上都达到了非常高的水准。  
相比之下,当时的层叠式锂电池技术还远不够成熟,包括方形电池、软包电池等,不但没有统一的尺寸、大小、极耳位置,甚至电池厂商所具备的生产工艺也不能满足条件,让这些电池的一致性完全达不到18650电池的水准。  
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特斯拉的18650电池包  
对于电动车的动力电池组,如果其电芯在一致性上不达标,那么由大量电芯串、并联形成的电池组也根本无法让每个电池的性能更好地发挥,而当时的圆柱电芯就直接解决了这一问题。  
至于特斯拉ModelS的前首席工程师、Lucid公司CEO彼得·罗林森在单飞后也仍然坚持了圆柱电池路线。  
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在公司正式建厂时罗林森曾被问及是否Air轿车甚至该公司未来的其他车型都会使用圆柱电池?  
他回答说:“我是电池形式未知论者。但目前看来,圆柱电池具有比较显著的技术优势。”  
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Atieva为FormulaE赛车提供的电池组  
Lucid在其Atieva业务下,曾为所有的电动方程式赛车提供为期三个季度的动力电池组,这些电池组均使用圆柱电池电芯,因此它也积累了大量关于电池权衡的基础知识,包括各种电池品牌、化学成分、类型之类。  
其实就像罗林森过去曾解释的那样,Lucid选择圆柱锂电池取决于其热特性、电池本身的一致性和可靠性,以及它们在市场上的可预测成本。  
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LucidAir的电池包结构  
另外,圆柱电池还有一大隐藏好处,就是车辆的设计不会受到大尺寸电芯的约束,电池包的形状有更高的灵活性。你可以发现LucidAir的电池包并非是一个规矩的长方形,其电池包有着独特的轮廓,以支持轿车优秀的0.21风阻系数。  
此外,在特斯拉电池包的基础上,Lucid还围绕简化制造的思路设计了“racederived”无模组电池包,但其理念与通用汽车并不相同。  
Lucid的电池包在制造时,可以将电气“母线”连接器一次性模压到电池包的外壳中,而且还能支持数百万单元级的批量制造。方便Lucid后续车型、能源存储或提供给其他OEM之类。  
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Rivian的电池包结构  
与此同时,Rivian的选择是将其2170圆柱电池分为上下两层,由电池组中间的水平冷却板隔开——这可能是一个更复杂的组装工艺。  
和特斯拉差不多,Lucid和Rivian也表示将开发储能系统。Rivian在近期时候的IPO文件中透露,该公司正在考虑未来自己生产电芯,以补充电池供应商的供应。另一方面,Lucid曾表示它将专注于汽车制造,并掌握了大量核心技术,而非电池本身。  

4680圆柱电池还能更好  

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那么关于尺寸更大的圆柱电池呢?  
比如特斯拉和一些电池公司正在努力研发的4680(直径46毫米,长80毫米)圆柱电池。按照特斯拉的说法,相比于2170电池,4680在容量上提升了5倍,输出功率则是提高了6倍,能给车辆带来16%的续航增益。  

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4680圆柱电池  
至少罗林森赞同这样的观点,即是更大尺寸的圆柱形电池(如4680)将有助于电动车实现规模经济。他说,原因很简单:因为这种电池的体积与表面积的比例更大,可在在保持技术优势的同时降低成本。  
他解释说:“圆柱电池的电极成本要比内部卷材贵得多,所以如果你做一个更大的,就会更便宜。”  
但罗林森也承认,他认为的理想电池尺寸一直都是2360(直径23毫米,长60毫米),与特斯拉和电池供应商确定的2170(直径21毫米,长70毫米)尺寸相比,这个尺寸更具灵活性。因为他希望将座舱地板降低5毫米,而不是提高5毫米。  

其他车企的选择  

罗林森表示:“特斯拉曾是续航之王,但我们的账面参数已经超越它了。不过令我惊讶的是,其他公司都不做圆柱电池。”  
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通用Ultium系统的电池包  
当然并非所有人都同意罗林森的说法,比如在去年3月的电动汽车日,通用汽车的高管就表示,虽然考虑过圆柱电池,但他们认为大尺寸软包电池才是他们的明智选择。  
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通用的大尺寸软包电芯  
根据通用电池组首席工程师AndyOury的说法,软包电池的形式提供了“最少的电芯需求总量”。这意味着通用汽车可以减少电池模块内的接线和连接器,而这些巨大的100Ah电芯中的每一个都能容纳大约20个典型圆柱电芯的能量。  
和通用有着相同想法的制造商还有不少,比如现代也开始在其E-GMP平台上采用软包电池,福特也计划在其F-150闪电皮卡上搭载这种电池。  
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但特斯拉CEO埃隆·马斯克对大尺寸软包电池公开表明了反对态度,他表示:特斯拉绝不会使用大型软包电池,因为与其它形状的电池相比,这种电池热失控的可能性非常高,而且它在冷却上面临着更高的物理挑战。  
当然也有一些制造商选择了其他路线,比如宝马宣布已将重点放在方形电池上,大众集团也有转向统一方形电池的迹象。方形硬壳电池可以说是目前应用范围最广的电芯形式,市场上有超过90%的新能源车都采用这种电芯。  
目前国内外的主流电池供应商也均以方形硬壳电池为主要研发产品。所以宝马、大众推崇方形电池的原因不言而喻,这种电池的供应商足够多,如果在自家产品中拥有统一的电芯规格,还能更有效降低动力电池的成本。  
在大众汽车的“电力日”活动上,集团组件首席执行官ThomasSchmall表示:采用新的统一电池,大众可将电池系统的成本降低到每千瓦时100欧元以下。  

固态电池可能解决电芯形式争端  

当然还有一些人认为,随着固态电池的发展,这些电芯形式的选择偏好和目前所认为的风险,都可能会在未来发生改变。  
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SolidPower的原型固态电池  
目前,由宝马和福特支持的固态电池公司SolidPower表示其原型电池已可以达到350Wh/kg的高能量密度,并可在循环充放750次后,保持80%的电池容量。  
而由大众集团支持的QuantumScape也宣布其已进入了10层固态电池的测试阶段,这是在商业可行的电动车固态电池上取得进展的一个重要迹象。  
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相比于使用电解液的传统锂离子电池,固态电池的最大特点就是采用固态电解质,可以有效抑制电解质中出现析晶。  
这种电池会具有较高的能量密度,大大降低火灾和爆炸的风险,其占用的空间更少,并且能够在更大跨度的温度范围内正常运行。不过至少要到十年后,使用固态电池技术的软包电池才有能成为一个选择。  
对电动车来说,确定最合适的电芯一直是一个工程问题,包括车辆的尺寸、性能方面,当然还有成本之类的一些权衡,因此各个车企都会选择不同的解决方案。  
不过这三家美国新势力确实用实际表现证明了使用圆柱电池的电动车在续航和能耗表现上会更胜一筹。如果电池技术没有重大突破,圆柱电池仍会是他们的偏好之选。【iDailycar】
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