汽车厂商如何“解决”续航问题

续航里程是纯电动汽车自诞生起便一直存在的痛点。

由于受行驶环境、驾驶习惯、车速等因素影响较大,不同条件下的续航里程浮动明显、难以把握,有些厂家故意将车辆等速续航里程进行大肆宣传,而车主在实际使用过程中续航甚至会打对折。

那么,针对这一“基因性”的难题,汽车厂商都用哪些办法来解决呢?

如前文所提到的,影响电动汽车续航的因素有很多。其中有和传统燃油车相同的因素,如车身重量、风阻系数、轮胎类型、行驶时速等;还有一类则是只针对电动车的因素,如车辆三电系统(电池、电驱、电控)的调校、温控系统、外部环境等。而主机厂提升续航也多数是追根溯源,从这些影响因素出发。

对电池“下手”:不断提升的能量密度

电动汽车的能量来源是动力电池,提升续航最根本的手段无疑是提升电池容量。

一般来说,电池容量越大续航里程会越长。然而在单个电芯同等容量的情况下,电池包的容量越大,整车的质量越重,动辄几百千克的电池会对续航产生不利影响。因此,提升电池包的能量密度被厂家摆在了重要位置。

目前来看,规模化生产的乘用车磷酸铁锂动力电池能量密度大致在140-180Wh/kg之间。三元锂离子动力电池能量密度大致在180-260Wh/kg之间,针对不同的需求和场景二者各有优劣。就单体而言,三元软包单体能量密度方面占有很大优势,因此也得到很多公司的青睐。由于软包电池在结构上采用铝塑膜包装,重量较同等容量的钢壳锂电池轻40%,较铝壳锂电池轻20%。而随着技术的不断进步,这些数值仍在不断提高。

动力电池电池包及壳体结构图

不久前,特斯拉宣布完成对电容器技术公司Maxwell Technologys收购,据媒体报道,Maxwell的技术可以轻松将特斯拉现用电池的能量密度提升30%-40%,而并不会造成成本明显增加。这意味着其续航将有望达到800-1000公里。

不仅厂家重视,政策层面也对能量密度提出新的要求。2019年新的补贴政策中,关于电动乘用车能量密度,补贴门槛将从今年105km/kg提高到125km/kg,各个梯次的补贴额度也有所降低。之前由工信部、发改委、科学技术部三部门发布的《汽车产业中长期发展规划》中也提到,2020年动力电池单体能量密度要达到300Wh/kg。

固态技术:打破电池的根本结构

人们对电池材料的探索也从未停止过。目前的技术焦点主要集中在固态电池上。

众所周知,目前纯电动汽车应用的锂离子电池主要由正极(含锂化合物),负极(碳素材料),电解液,隔膜四个部分组成。电池就是靠锂离子在电解液中来回穿过这层隔膜完成充电放电。而固态电池则是用陶瓷、玻璃或聚合物等固体材料来代替液体的电池产品,使用固体材料而不是可燃液体来实现充电和放电。这一技术可以大大提高电池的能量密度,减小体积,并降低电池起火的风险。

韩国工业技术研究院(KITECH)研发的全固态电池

当然,现阶段的原型产品使用寿命过短,传导率也非常低。然而这些技术难点并非无法攻克。在未来,这一技术路线能够轻松突破锂离子电池无法逾越的天花板。日本的丰田、松下、日产,德国的大众,国内的宁德时代等公司都在固态技术上有相当的投入。

除此之外,还有前段时间引发热议的氢燃料电池,也是一条颇具潜力的技术路线。

效率提升:降阻减重,电池热管理系统

同燃油车一样,纯电动汽车在降低风阻和减轻车身重量方面也做了很多努力。

例如更加注重空气动力学的车身线条,隐藏式门把手,得益于电动车架构而更加平整的底盘,甚至某些概念车型上颇为超前的流媒体外后视镜也有利于降低风阻。而至于车辆底部的电池包也使整车重心相比一般燃油车更加低沉。

除了车身及其他部件的轻量化外,电动汽车的电池包也需要追求更轻的重量。如选择能量密度较高的三元材料,用铝合金甚至碳纤维材料的下壳体代替钢制下壳体。

蔚来研发的碳纤维壳体电池包(暂未量产)

而一辆纯电动车上路行驶,需要电机、电池以及电控系统的协同工作。电机与电控能否有着最佳的表现,也会直接影响纯电动汽车的续航里程。它既要控制能耗又要兼顾性能,并且在满足高动态的车辆响应频率的同时,还要保护电池和电机的安全性。这也是为什么我们会遇到同样一辆车在城市路况下续航可以有500公里,而在高速路况下却只有300公里甚至更少。在这一方面,特斯拉及比亚迪目前颇具优势。

特斯拉电驱系统

另外,由动力电池的温度变化对于其续航能力、安全性起到至关重要的作用,电池的热管理系统也是各个厂家技术研发的重点之一。这对于地处严寒的地区或冬天气温较低时尤为重要。近日,老牌供应商大陆集团推出的集成化热管理系统,号称在相同的-10°C低温下,能够使电动汽车的续航提高25%左右。

另辟蹊径:换电,增程,升级

当然,在目前技术手段难以突破的情况下,有些厂商也另辟蹊径,通过运营和服务等手段来解决这一问题。例如蔚来的一键加电和换电站,理想ONE剑走偏锋的增程式电动车,威马最近放出的海报也预示着其有开启为车主换电的服务。各种手段在此不一一赘述了。

除了现有技术在参数上的不断发展,多样性的电池产品和技术革新,正使得续航问题逐渐得到解决。相信在不久的将来,电动汽车续航里程焦虑问题将慢慢成为历史。到那时,环保、实用、高效都将成为电动车的标签。