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电池遇到安全瓶颈,电动汽车还能跑多远?

作者:温昕 来源:新能源汽车报V 发布时间:2020-08-29 浏览:
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有数据统计,仅2020年7月份,就有14起公开报道的电动车失火事故。

一边是长续航需求,另一边是不断出现的安全事故,续航和安全仿佛成为了矛与盾的关系。如果能量密度不能提升,越来越高的续航需求就意味着车内的电池体积越来越大,而这也会带来新的问题:车重、车贵、挤压内部空间。

电动汽车要想同时满足续航、安全、经济性的话,下一步应该怎么走?

如何继续攻坚?发展固态电池

当前,传统锂离子电池能量密度的提升遭遇瓶颈。以三元锂电池为例,想要提升能量密度只能往电池中加钴或者镍,而由于钴材料的成本越来越高,企业只能在电池中提高镍材料的比例,但随之而来的问题就是电池的热稳定性下降,带来更大的安全隐患。

有些企业为了降本正在打造“无钴电池”,这种电池而是通过新的材料组合代替钴在电池中的位置。

今年5月,蜂巢新能源发布了两款NMx无钴电池,一款基于590模组电芯设计,能量密度达到245Wh/kg,由于是基于通用模组设计,新电池可以搭载到大部分新的纯电汽车平台上;另一款是L6薄片无钴长电芯,能量密度为240Wh/kg,可以让车辆续航达到880km。从数据来看,245Wh/kg已经接近NCM811电池的能量密度,据蜂巢新能源介绍,无钴电池的成本较三元锂可降低5%-15%。

蜂巢新能源总裁杨红新表示,预计将在2021年第三季度量产搭载无钴电池的整车。蜂巢新能源的无钴电池有三项关键技术,一是阳离子掺杂技术。蜂巢采用了两种化学键能更强大的元素,替代钴掺杂到材料中,通过强化学键稳定氧八面体结构,该技术减少了锂镍混排,大幅改善了材料的稳定性,提升能量密度的同时实现了降本。

二是单晶技术。单晶技术可以改变电池的安全性和寿命,与多晶相比,有更强的颗粒强度和更稳定的结构。单晶的稳定性可以带来超长使用寿命,电芯寿命可以比高镍多晶相比提升70%。

三是纳米网络化包覆技术。蜂巢在无钴材料的合成过程中采用纳米网络包覆技术,在单晶表面包覆一层纳米氧化物,可以减少正极材料跟电解液的副反应。该技术有效的改善了高电压下的材料循环性能。

根据《汽车产业中长期发展计划》和《节能与新能源汽车技术路线图》的相关指引,动力电池系统的能量密度需要在2025年至2030年达到350Wh/kg来满足市面上乘用电动汽车的续航里程要求。

但就目前来看,在未来五年电池达到350Wh/kg能量密度的同时满足安全性和低成本这三点似乎实现起来很难。这样的话,转向研发固态电池不失为更好的选择。

顾名思义,固态电池与传统的三元锂和磷酸铁锂电池最大区别就是其采用了固体电极和固体电解质,不仅能量密度有大幅提升,在安全性上也更好。因此,固态电池也被认为是下一代动力电池技术的重点发展方向。

但固态电池的研发也存在技术难题,由于不需要液体的浸润,仅需要固态电解质将正负极片隔开,那么金属物质材料的选择就变得非常关键。而目前这项技术最大的挑战也就在于,由于固态电解质电导率总体低于液态电解液,导致目前固态电池的倍率性能整体偏低,内阻较大,所以固态电池暂时无法满足快充要求。

日前,北汽新能源成功下线了一台搭载固态电池系统的纯电动汽车样车。据悉,这台样车也是国内首次公开的可行驶的固态电池样车。

如何改变思路?升级基础部件

另一种思路是基础零部件出发。特斯拉曾计划在首款车型Roadster上装备一台两个档位变速箱和一台180kW的电机,但后续由于变速箱的质量差强人意,变速箱样机在仅仅使用40秒之后就接近报废。

这使得特斯拉不得不放弃该计划,并采用异步电机搭配单速变速箱的方案,但为了实现相同的性能,特斯拉不得不将电机功率升至240kW,电池容量升至80kWh,造成整备质量较高,且中高速表现不如宝马i8。

电动车高速巡航较弱似乎是所有纯电动汽车的一个痛点,因为电机的输出是一个线性区间,电机转速越快,车速就越高。且不同于内燃机,后者存在工作范围,需要在无负载的情况下才能启动,而电动机从最开始就可以实现较大的动力输出,这也是为什么电动车起步那么快。说回来,为什么电动汽车高速表现不行,一是考虑到电量消耗,二是单速变速箱只有一个齿比,电机转速到头了,车速自然也就到头了。

给电动车装多档位变速箱,只是为了提高车速?不是的。

根据河北工业大学新能源汽车研究中心的数据,搭载二档变速箱可以让一台普通电机的性能提升近20%。另根据湖南大学一位车辆工程学者的硕士论文,装配多档位变速箱的电动汽车爬坡度更大,车速更高,加速更快,最主要的是,更省电。

这样看来,多档位变速器可以让电动汽车的经济性更上一层楼,让车辆对电池和电机的要求更低,为何市场上仍未普及电动汽车用多档位变速箱?还是技术难度。同样是解决续航或者动力问题,相比于升级现有的电池电机技术,重新开发一套针对电动汽车使用的变速箱显然更有难度,成本也更高。

但相对于“快刀斩乱麻”式的暴力升级电机电池,分出一些精力来投入动力控制方面的研发,减小其他方面的能量消耗不也能让电动车跑的更远吗?

来源:新能源汽车报

关键字:电动汽车 动力电池

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