市場大熱的長續航電動SUV,對電池的要求是怎樣的?

市場大熱的長續航電動SUV,對電池的要求是怎樣的?

一個汽車企業最重要的是對產品的定位,推出符合市場期望的產品,儘快滿足客戶的需求,特別是在中國,講求以快取勝。各路資金和企業進入電動汽車這個行當,自然會從傳統燃油車的角度來看市場的需求,然後投射到電動汽車的產品門類上。從全球範圍看,消費者都青睞SUV,使得全球SUV市場容量達到了2432萬輛。

順應SUV市場的需求,從電氣化車輛來看,這個趨勢也是同步存在的,客戶對是否是電動汽車並不關心,他們真正關心的是:

1) 續航里程:電動汽車性能評價的核心指標,亦是消費者最關心的因素,直接影響購車行為,這個指標可以分解為下面兩個指標:

a) 電池容量:主要影響續航里程,但消費者不會直接關注該指標

b) 百公里電耗:能源消耗與充電頻率,影響用車經濟性和節能效率,現階段消費者關注度不高

2)百公里加速:衡量電動汽車的動力性能,影響駕駛體驗,但現階段對該指標要求比較低

3)最大速度:影響駕駛體驗,且高速公路行駛有130km/h最低速度,需要匹配高速要求

4)慢充時間:決定整車使用效率,是消費者最關心的指標;如果慢充在晚上進行,對消費者用車影響不大

5)快充時間:消費者使用過程中比較在意的參數,會影響用車效率和用車的便捷性

也正是以上的因素,使得各個車企把精力花在了第一波緊湊級(A級)車輛的投放,達到一定瓶頸以後,都在配置大容量的電池在純電動SUV上開始嘗試。產品定義越來越清楚,從燃油車獲取增量,從限行限購措施條件下,滿足客戶對於電動汽車的主要訴求,主要是以下幾點:

  • 續航里程在200~300英里(350-450公里以上)

  • 不能犧牲整車的儲物空間

  • 具備快充能力,以每百公里充電時間來定義補電速度

  • 具備加速能力,比拼推背感

在這些要求下,總佈置和動力總成工程兩部分拿出來的解決方案都是相似的。

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圖1 新的純電動SUV的特點,是里程大,車輛大

在中國,SUV本身就是熱點,自主品牌是靠著SUV的這股消費熱潮把自己凸顯到中國車市高增長舞臺之上。國內電動汽車車企的排頭兵(比亞迪、上汽、北汽和廣汽等)也開始在自己的主流平臺上做純電動SUV,主要集中在緊湊型SUV,如下圖所示:

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圖2 國內在售純電動SUV車型

這一波SUV的特定其實都是方殼電池,把這些電池的型號(7FE891)和特點拿出來就知道了。

表3 車輛的主要技術參數


單體型號

能量

東風

7FE891

49

吉利

ELE895

43.5

長安

7FE891

45

北汽

7FE891

45

廣汽

7FE891

45.99

上汽

7FE891

48.3

奇瑞

7FE891

49

支撐產品定義的是電池能量,小型SUV需要達到50-60 Kwh。在這種條件下,我們可以做一些推算,在現有的情況下,進行96S-100S的配置,在往上來分解,由於是用的是同一個電池單體型號,除了ELE895以外,各個車企都是標識出可用能量。

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圖3 對應能量的Ah,可以發現每家標的都是可用能量

可以發現一個有趣的現象,正是由於當前方殼電池高能量密度很少有廠家在做,在做的、提供的都是一個型號給所有大的車企,車企們在這個型號上去做有限的配置,使得當前用這個技術路線,很容易走到千人一面的地步。

嚴格意義來說,想要做純電動SUV還有一條技術路線,就是選用圓柱電池。江淮iEV7s、雲度π 1和小鵬汽車等新興車企的出現,使得整個電動SUV有了另一個跑道。如下圖所示,這裡採用的電池包的電量為39Kwh,單體容量是2.75Ah。

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圖4 江淮的iEV7S

大家通過圓柱形電池的搭配和升級,來做不同的模組構型,實現在一定電池系統高度的條件下扁平化發展。特別是國內當前還存在對國內電池的限制和要求。

我們可以盤點一下當前可選的圓柱電芯廠家,分別為:德朗能(NCA體系3.2Ah)、力神(三元NCM 2.6Ah)和比克(三元NCM 2.75Ah)。這幾家當下,都需要走高能量密度的路線。在圓柱電芯廠家裡面,比克電池是國內第一家能量產811體系三元電池的企業,動力電池能量密度已經提高到 232Wh/kg,是國內最早開始生產18650電池產品的企業。從契合電池正極路線來說,發展三元高鎳811體系,也是當前走18650相對比較安全的路線。這裡可以通過內部熱阻斷、斷路、洩壓、隔離、緩衝等多種技術實現電池系統安全和穩定性。

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圖5 電池正極材料的發展路徑

正極材料是鋰離子電池鋰源的提供者,從根本上決定了電池的比能量和能量密度。 鎳鈷錳三元材料比容量較高,但安全性需要進一步提升。 鑑於動力電池需要持續提高比能量和能量密度,鎳鈷錳三元材料在今後較長時間內,將是高比能量動力電池的主要材料選擇,尤以鎳含量高的鎳鈷錳層狀材料(簡稱高鎳材料),中鎳的摩爾含量要求大於等於0.8(提高鎳含量,提高其比容量)同時通過摻雜、包覆和表面處理等技術手段,提高其循環性能。這點不在方殼的跑道上,而是在圓柱的跑道來走,嘗試使用811高鎳未嘗不是一個路線。個人覺得比克走了一條讓相對小的汽車企業做出續航里程差異化的核心路線。走18650的道路,電池系統的高度也容易控制一些。

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圖6 圓柱電池的走法還是從NCA切到三元NCM

小結:

隨著電動汽車百花齊放,百家爭鳴,對於電池的供應和電池技術的發展,當下國內乘用車電池的供給也到達了一個瓶頸。我們要給圓柱一條路,在較為強大和靈活的模組設計中能夠吸收電芯潛在的一些安全風險。與國外大巨頭PK,不僅需要拉動價格下降的龍頭,還要有技術突破的嘗試者,這樣才能給整個國內電動汽車產業注入活力,否則未來大家無電芯可用了。

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