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导读
特斯拉的粉丝一直坚定地认为，特斯拉的技术水平是遥遥领先的（不对，这个词现在已经不能随便用了）。 传统企业的工程师出来反驳，特斯拉并没有你们以为的那么牛。 粉丝不服，那你们的续航怎么没有超过特斯拉？ 工程师不想解释，却在私下嘀咕，我们的能量密度也很高，只是成本太高没人用而已。 工程师觉得粉丝啥也不懂，粉丝觉得工程师都是老顽固。两个群体就这么互相标签化，离多维度地还原事情的本质这件事越来越远。 两边的对立常常让我困惑，为什么不能好好交流呢。 在试着探讨这个问题之前，我们先界定一下这个问题的前提条件，梳理几个基础概念。 1、车辆续航除了跟电池有关以外，还跟不同工况下的运行有关。由于后者的问题比较复杂，今天主要来谈电池。 2、电池最重要的性能参数是能量密度，能量密度有体积能量密度（Wh/L），也有质量能量密度（Wh/kg）。我们在电池上更多谈论的是质量能量密度（Wh/kg），它决定了单位重量的电池所储存能量的大小。 3、电池的能量密度常常指向两个不同的数据，一个是电池系统的能量密度，一个是电芯的能量密度。 电芯（Cell）是一个电池系统的最小单元，也有人描述为单体电池。你理解为单节电池就行，比如说，一节五号电池。M 个电芯组成一个模组（Module），N 个模组组成一个电池包（Pack），这就是车用动力电池的基本结构。也有人直接把电池包叫做电池组。 ▲ Nissan Leaf 使用的是软包电池，从上到下依次为电芯，电池模组和电池包。 其实就是一个很简单的公式，电池包 = N·模组 = N·（M·电芯）。 4、由于电池包关系到电池最终的形状和车辆布置，大部分厂家会选择采购电芯，自己来做电池系统。电池系统的能量密度和电芯选型有关，比如圆柱电池因为单个电芯容量小，电池系统结构复杂，在单个电芯能量密度占优势的前提下，电池系统的能量密度相对会低一些。（结论参考来自麦肯锡的报告） ▲ 电动车制造商的电池供应链策略，原图来自麦肯锡，42号车库翻译。 5、从结构上划分，电芯主要有三种类型，方壳电池（Prismatic），软包电池（Pouch）和圆柱电池（Cylindrical）。 ▲ 从左到右分别为圆柱电池、方壳电池和软包电池。 从原材料划分，电芯有磷酸铁锂、镍钴锰（NCM）和镍钴铝（NCA）等不同类型，这里的材料主要指的是正极材料。在原材料的影响中，正极材料对电芯的能量密度影响较大。 负极材料普遍以石墨为主，目前主流研究方向在探索硅碳负极的商业化。 电芯的结构和原材料组成的不同，对电芯的能量密度均有影响。 以上这些内容，我再把要点总结一下。 在我们讨论电池对车辆续航里程的影响时，主要讨论的是电池系统的能量密度和总体重量的结构布置。而电池系统的能量密度主要由电芯正负极材料和结构选型决定。 建立了框架上的基础认识之后，我们现在可以针对具体的车型来谈细节了。 我们由大到小来看。 首先，是电池包的整体结构。 在麦肯锡的报告中，提出一个很重要的结论，那就是不同车辆结构上布置的电池系统样式，对电池系统的能量密度大小有重要影响。 对于这一点，我们直接看图感受。 先来看一看在第二次电动车浪潮里，生产了第一款量产电动车 EV1 的老牌厂商通用。 以下这张图，从左到右分别为第一代 Volt ，第二代 Volt ，Spark EV 和最新款的雪佛兰 Bolt 的电池系统。其中，Volt 为插电混动车型，Spark EV 和 Bolt 是纯电动车型，Spark EV 是自 EV1 停产之后通用推出的第一款量产电动车型。 ▲ 照片来自 Jeffery Sauger 来看一下 Spark EV 的电池布置和电池结构。 |
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