長(zhǎng)期以來(lái)，續(xù)航里程不足一直都是新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板。前不久，不少汽車廠商由于涉及續(xù)航里程虛假宣傳受到消費(fèi)者投訴，車和家CEO李想也對(duì)國(guó)內(nèi)車企展開了不要再“自嗨”的炮轟，續(xù)航里程問(wèn)題一時(shí)又被卷入輿論的焦點(diǎn)。
車重降10％，續(xù)航增5％－6％
通常來(lái)講，動(dòng)力電池的系統(tǒng)能量密度越高，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程則越長(zhǎng)。目前國(guó)內(nèi)的純電動(dòng)汽車搭載的動(dòng)力電池，大多以三元電池為主。雖然電池的能量密度已經(jīng)有了極大的提高，但依然難以破除消費(fèi)者的里程焦慮困擾。除了進(jìn)一步提高電池材料的能量密度以外，電池包的輕量化也是一種提高系統(tǒng)能量密度的有效方法。
“提升電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程，除了加強(qiáng)電池和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之外，與車身輕量化的程度也密不可分。”中國(guó)工程院院士楊裕生表示。從技術(shù)角度來(lái)講，純電動(dòng)汽車重量降低10％，續(xù)航里程便可增加5％－6％。中國(guó)工程院院士孫逢春認(rèn)為，未來(lái)的新能源汽車應(yīng)具有輕量化的特征。
我們知道，動(dòng)力電池是由電芯組成的多個(gè)模組串聯(lián)或并聯(lián)組合而成，其中還會(huì)增加BMS檢測(cè)系統(tǒng)、上下殼體，或者增加溫控系統(tǒng)等，組合而成的電池包會(huì)將整體重量平攤至能量密度計(jì)算之中。所以在電池單體能量密度一定的情況下，電池包越輕則系統(tǒng)能量密度就越高。
寧德時(shí)代和比亞迪的“輕功”
據(jù)電池中國(guó)網(wǎng)了解，傳統(tǒng)電池包一般采用低碳鋼鈑金和焊接工藝加工而成，成本較低但箱體重量大，嚴(yán)重影響電池包系統(tǒng)能量密度的提高和車輛的輕量化。所以，采用輕量化材料就成為了電池包“瘦身”的主要手段之一。
為了減輕電池包的重量，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱近日表示，寧德時(shí)代首次將航空級(jí)別的“7系鋁”運(yùn)用至電池包下箱體。“7系鋁”被稱為鋁材料中的“戰(zhàn)斗鋁”，常被用于制造飛機(jī)起落架，具備輕盈、堅(jiān)固、安全等特性。
據(jù)了解，目前寧德時(shí)代電池包下箱體輕量化設(shè)計(jì)已處于領(lǐng)先水平。通過(guò)這一設(shè)計(jì)，能使B級(jí)純電動(dòng)轎車電池倉(cāng)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，裝載電池的總電量、動(dòng)力電池系統(tǒng)能量大幅度提高，整車重量減重250公斤，使該車型標(biāo)準(zhǔn)工況續(xù)駛里程提高到600公里以上。
鋁材料的“輕功”確實(shí)不俗。如果將動(dòng)力電池鈑金殼體換為全鋁殼體，重量可大幅度下降。某從事電池包材料研究的人士表示，鋁合金材料由于模具便宜，材料密度低，容易滿足電池系統(tǒng)能量密度的補(bǔ)貼要求，因此目前用量較大，成為主流。目前鋁合金替代傳統(tǒng)低碳鋼在電池箱上得到了大范圍的應(yīng)用，鋁合金箱體成為電池箱體發(fā)展的一個(gè)重要方向。
比亞迪就使用了質(zhì)量更輕的鋁合金作為電池殼體，以提升電池包的能量密度，增加了續(xù)航能力。以其秦Pro EV500為例，相比上一代秦EV車型，電池包減重157kg，系統(tǒng)能量密度提升至160．9Wh／kg。據(jù)比亞迪官方數(shù)據(jù)，秦Pro EV500的工況續(xù)航里程420公里，最大續(xù)航里程達(dá)500公里。
除了鋁合金材料，玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料、SMC片狀材料、碳纖維復(fù)合材料等非金屬?gòu)?fù)合輕量化材料也逐漸涌現(xiàn)。相比較鋁合金材料，非金屬?gòu)?fù)合材料在相同體積和強(qiáng)度條件下，可減輕30％～50％的質(zhì)量，但由于成本和技術(shù)等原因，尚未得到大規(guī)模應(yīng)用。
從目前的市場(chǎng)情況來(lái)看，已經(jīng)有一些企業(yè)在電池包上殼體采用了SMC輕量化材料，而下殼體主流純電動(dòng)車則采用較鋼更輕的高強(qiáng)度鋁材來(lái)封裝。
據(jù)電池中國(guó)網(wǎng)了解，目前市場(chǎng)上的吉利帝豪EV450和廣汽傳祺GE3 530等車型，采用的就是上殼體SMC輕量化材料，以及下殼體高強(qiáng)度鋁來(lái)進(jìn)行封裝。后者電池系統(tǒng)能量密度為160Wh／kg，已經(jīng)處在主流水平。
特斯拉別出心裁
輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是減輕電池包重量的有效途徑。“提升電池系統(tǒng)能量密度需要實(shí)現(xiàn)電池包輕量化，”天津力神電池股份有限公司副總工程師蘇金然表示，“減輕結(jié)構(gòu)件重量占比和優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是當(dāng)前動(dòng)力電池企業(yè)提升電池系統(tǒng)能量密度必須要做的事情。”
在優(yōu)化電池包結(jié)構(gòu)方面，特斯拉的做法非常具有代表性。據(jù)了解，特斯拉Model 3的電池包重量（LB／KWH）比Model S 85D的電池低15％，甚至比Model X／S P100D也低了6％。根據(jù)Jason Hughes的說(shuō)法，Model S電池箱體的重量約為125kg，超過(guò)了整包重量的20％。為此，特斯拉在電池包輕量化方面做了不少別出心裁的設(shè)計(jì)。
當(dāng)然，采用尺寸更大的21700電池代替18650是重要的一步，由于21700電池高度的提升，Model 3的pack尺寸比Model S小了很多。另外，Model 3的封裝結(jié)構(gòu)也發(fā)生了重大變化。特斯拉將所有的電控單元整合到pack中，交流電充電器和DC－DC轉(zhuǎn)換器被集成為一個(gè)更小和更輕的單元模組，高度整合導(dǎo)致Model 3的總布線長(zhǎng)度大幅減少。
據(jù)了解，在動(dòng)力電池系統(tǒng)輕量化浪潮的背景下，有不少專業(yè)的動(dòng)力電池模組結(jié)構(gòu)件等供應(yīng)商，也積極通過(guò)研發(fā)新材料、減輕結(jié)構(gòu)件重量、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案等方式滿足客戶的需求。
其實(shí)，電池包輕量化對(duì)于系統(tǒng)能量密度的提升只是起到錦上添花的作用，主要還是要從電池材料方面進(jìn)行改進(jìn)。提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，不僅是動(dòng)力電池系統(tǒng)的事，還涉及到車輛在電機(jī)、電控等方面的整體設(shè)計(jì)，這需要新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同努力。