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電池系統(tǒng)和電動汽車的續(xù)航里程

2020/05/01
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引言:目前純電動汽車的平臺開發(fā),都是通過一個獨立的電池系統(tǒng)和一套獨立的驅(qū)動系統(tǒng),然后去比較電池系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)的特性來決定整車的續(xù)航里程、加速性能、充電性能和整車的成本。事實上來說,現(xiàn)階段小到核心的電芯和功率電子元件,大到系統(tǒng)集成的能力,都是影響車輛是否有競爭力的關(guān)鍵。我們這里還是首先來看電池系統(tǒng),電池系統(tǒng)目前決定了能給車多少電量,需要占多少空間,需要占多大的重量和多大的成本。做好了真香,做不好 Out 了。?

01?從電量開始

在電池系統(tǒng)的設(shè)計過程中,各家有幾個基本的需求:續(xù)航里程、快充速度 、放電功率需求、布置的基本要求和母線電壓等級。根據(jù)以上的整車基本要求之后分解,可以確定系統(tǒng)額定電壓、容量要求及充放電功率,計算得到電芯的規(guī)格,根據(jù)現(xiàn)有的電芯現(xiàn)有的路徑相近進行分解,然后確定配置規(guī)格。然后在一個約定的空間下進行進行整體電池布置,這里涉及到電池模組的布置空間、電氣總成的布置。這里不同的車型和不同的驅(qū)動系統(tǒng)的搭配,能耗并不相同,所以同樣的 500 公里 NEDC 的續(xù)航,轎車 60kwh 左右就能做,SUV 需要 65kwh 甚至更多,中大型的 SUV 需要近 75kwh 以上,這是 2020 年 Q1 已經(jīng)有產(chǎn)量的 500 公里以上的車型。

圖 1?現(xiàn)有量產(chǎn)的 500 公里的車型電量

這里就有三種不同的路徑:

1) 方殼:這塊其實是目前的趨勢,套用之前塔菲爾的電芯路徑圖,基于 148mm 電芯的電芯容量已經(jīng)倍拉到了 190Ah 和 223Ah;基于 220mm 電芯的容量也做到了 162Ah 和 230Ah,所以配置的時候用 1P 的方式進行配置。目前絕大部分的 500 公里以上的電動汽車,都是基于這種單體大容量的電芯來做的。?

圖 2 方殼大電芯的路線?

2) 圓柱:目前用圓柱的并且有比較強的競爭力的汽車企業(yè),也只有特斯拉了。?

3) 軟包:由于軟包電池厚度的限制,所以容量目前被限制在 60Ah-78Ah,目前來看能做的配置最多的還是按照 BEV3 的方式來配置模組,這個看上去變化最多的一些。?

圖 3 通用的三種不同的軟包模組結(jié)構(gòu)

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02 與電量相關(guān)的要素

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滿足續(xù)航開始,后面就開始繼續(xù)的挑戰(zhàn)了:?

能量密度:這個主要是在一定的能量下,整車需要控制整備質(zhì)量,通過減重能拿到更好的行駛效能?

成本考核:目前按照 CATL 的年報,40 多 GWh 平均的銷售價格已經(jīng)在 0.94 元 /Wh,平均 28%以上的毛利,考核的成本需要在這個平均價格上面繼續(xù)往下探?

充電速度:目前歐洲的設(shè)計,從 MEB 的 120kW 開始,基本在 150kW 左右。?

電池的尺寸:目前追求壓縮的是為跑車、轎車上面需求的 Z 向高度?

壽命:從特斯拉的 100 萬英里開始,大家開始講更長的壽命?

其他還有安全方面的要求,這里面有些東西都是連環(huán)套,特別是在能量一定的條件下,能量密度、快充速度和成本是一個很難兼顧的三角形,提高了性能之后很多約束都有變化。?

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小結(jié):我覺得做著做著很容易出矩陣,確實是很容易在滿足多個要求的時候,在沒有特別好的優(yōu)先級下面,按下葫蘆浮起瓢!目前確實是電動汽車的續(xù)航里程的軍備競賽,有特斯拉的不斷降壓的壓力下,還要比誰更便宜。

特斯拉

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Tesla 致力于通過電動汽車、太陽能產(chǎn)品以及適用于家庭和企業(yè)的綜合型可再生能源解決方案,加速世界向可持續(xù)能源的轉(zhuǎn)變。

Tesla 致力于通過電動汽車、太陽能產(chǎn)品以及適用于家庭和企業(yè)的綜合型可再生能源解決方案,加速世界向可持續(xù)能源的轉(zhuǎn)變。收起

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電子產(chǎn)業(yè)圖譜

筆者 朱玉龍,一名汽車行業(yè)的工程師,2008年入行,做的是讓人看不透的新能源汽車行業(yè)。我學(xué)的是測試和電路,從汽車電子硬件開始起步,現(xiàn)在在做子系統(tǒng)和產(chǎn)品方面的工作。汽車產(chǎn)業(yè)雖然已經(jīng)被人視為夕陽產(chǎn)業(yè),不過我相信未來衣食住行中的行,汽車仍是實現(xiàn)個人自由的不二工具,愿在汽車電子電氣的工程方面耕耘和努力,更愿與同行和感興趣的朋友分享見解。