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续航超不过800km,是厂家做不到吗?原因竟是这个

在目前看来,电动车大规模普及已经是板上钉钉的事,作为从燃油车时代过来的人,对于电动车,每个人会有不同的看法。最重要的自然是电动车安全问题,电动车在安全性的话题一直都是处于风口浪尖,前段时间又曝光出电动车自燃事件,不得不令人担忧;此外,电动车续航问题也是电动车的痛点之一,续航距离短,标称续航与实际续航差距过大,让用户难以适从。
 
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目前市面上的纯电动车,续航里程普遍能达到400km以上,某些出色的车辆甚至能达到600km以上,而如果将续航里程提升至800km,即便是各种用电器或者不佳的工况使得续航里程打8折,也有640km左右,这样一来纯电动车就真正意义上能跟燃油车一拼高下,并且能大幅度提升电动车用户的体验。以目前600km的车辆,通过增加一倍的电池,能达到1200km吗?
 
都说续航是电动车的生命,但是为什么现在很少有电动车能够超过800km续航?如果续航能力达到跟燃油车相近,那么续航问题是不是可以解决?目前电动车达不到那么高续航的原因是什么?
 
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早期的坊间的说法是:因为电池很贵,车厂为了降低成本,不愿意给消费者更大的电池,电池很贵吗?
 
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2010年第一代日产聆风的续航只有175km,搭载的电池容量只有24kWh,以当年的1183美元/千瓦时计算,电池成本超过20万人民币,占了总车价的一半甚至更高。在当年,买电动车真的是大部分钱都用在电池上,所以电池很贵,厂家为了成本,所以车辆没那么高续航的说法在当时是成立的。
 
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近年来,随着电动车市场的发展,规模效应的影响下,2019年电池的每千瓦时成本比2010年下降了87%,彭博社预计在2020年平均值需要135美元/千瓦时。今天如果说单纯因为电池成本高而续航不高这个理由显然不成立。
 
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如果有留意电动车结构的同学会知道,其实电动车中电池所占的比例很大,除了油改电的车辆,几乎车辆所有中央部分都会被用来安装电池,而且为了保护锂电池组,必须将电池放在高强度框架中保护起来,以应对外界的冲击、泥水等各种恶劣条件的影响。
 
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如上图所示,车架中部已经完全被电池占据,如果想要通过增加电池来提升续航,就必须侵蚀车内空间。这样一来,车内的空间就会受到明显影响,就像前期油改电的电动车一样,电池侵占了车厢内部空间,使得后排乘客的腿部明显向上抬,坐姿怪异,乘客就像坐在一张很矮的小板凳上一样。此时,如果想要获得一个跟原来一样的乘坐空间,就需要依靠提升车辆本身的高度或者降低坐垫的厚度来实现。但这样做有两个弊端,第一,车辆外观比例会变得奇怪;第二,坐垫薄了驾乘人员的舒适性也就下降,同样是不利的影响。
 
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网络上有大神曾经做过仿真,以特斯拉Model S为例,模拟单纯增加电池容量提升续航里程,图中纵坐标为续航里程,横坐标是电池容量。
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从图中可以看到,装75kWh电池能跑469km、装150kWh电池只能跑不到700km、装225kWh电池只能跑不到800km,并且续航里程增加的趋势会逐渐趋于平缓,甚至在后面即便增加同样数值的电池容量,但是续航里程的增加幅度明显不如前段。原因如下:
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电池自重。以特斯拉Model S为例,100kWh电池组的重量大约600kg,这还是没包裹外界的框架等模组结构时的数据。当电池容量很大的时候,所增加电池容量大部分都用来运输电池本身,要突破800km续航,就要增加3倍电池容量,即225kWh,增加成本约35100美元,折合人民币24.9万元,同时还增加了1.35吨的重量,对于原重就有2吨的Model S来说,明显无法承受如此大重量的电池。
 
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提高能量密度
 
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早期的特斯拉由于在续航里程上能明显抛离自主品牌其中一个原因就是能量密度高,同样的重量能做大更大的电池容量,续航自然就会增加。但近年来,国内厂家也在电池组能量密度上奋起直追,以Aion LX为例,目前已经能做到最大650km续航,电池的能量密度达到180Wh/kg。
 
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在2019年底,NCM811高密度三元锂电池的量产和普及,电芯能量密度提升至接近理论极限的300Wh/kg,从而让量产电池包的能量密度提升至180Wh/kg以上,现在目前续航比较长的新能源车如小鹏P7、广汽新能源Aion LX都是使用NCM811电池包。在电芯达到理论能量密度之前,对于能量密度的提升是不会终止的,因为续航里程带来的诱惑力相当强,如果电芯的能量密度能够再一次突破,那么车辆突破1000km续航似乎指日可待。
 
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无模组设计也是提升能量密度的其中一个手段。目前比亚迪、宁德时代都有自己无模组技术的产品,例如即将上市的比亚迪汉就是使用了比亚迪自家研发的无模组刀片电池。模组就是电池包中的框架、横梁等结构,原本电池包的每一定数量的电芯就会被设置成一个模组,这样便于电池管理系统管理、控制,而无模组技术更像是将更多的电芯当成一个模组。打个比方,原来的有模组技术就像是在读书时学校中的每一个小组,每个小组都有组长向班长提供组内信息,而无模组技术就像是班长直接管理,这样就可以简化了架构,沟通上也会更加有效率。
 
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材料方面也是可以提升能量密度的方式,但这取决于两点,其一、安全问题,我们一直都说,安全才是车辆的根本,三元锂电池高能量密度带来的另外一个问题就是高风险,所以需要更多的保护措施去保证电池的正常运作,例如使用液冷系统去保证电芯工作在一个正常的范围内。想要通过继续提高三元锂电池的能量密度,就必须注意电池包的安全性,甚至需要考虑到外界对车辆的影响,例如车辆内有可燃物引燃了车辆,这时候能不能保护电池免受其害?电池包能不能完全避免受到车辆自燃的影响而导致热失控?因为电池包一旦燃烧,造成的后果相比起车辆其他部分燃烧更加严重,破坏力更强,对周围车辆,行人的影响会比传统车辆更大。
 
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其二、材料问题,一旦三元锂电池的能量密度达到极限,寻求新的电池材料无疑成为唯一出路,其中固态电池是目前最有希望取代三元锂电池成为下一代电池材料的新星。固态电池有重量轻、体积小、电池柔性化以及更安全等特点,这些特点跟车用电池的要求不谋而合,如果能够研发成功,毕竟能引领下一个时代。
 
降低风阻
如果不从电池方面入手,降低风阻也是一个不错的方向,空气阻力跟速度平方成正比,也就是说速度增加1倍,车辆受到的阻力就会增加到4倍。物理学公式为:空气阻力=(空气密度x车速的平方x车辆正投影面积x风阻系数)÷2。当然,这是个理论值的算式,实际测试过程中还有很多不确定因素的加入,根据实际测算,车速100km/h的时候,大约有60%的动力输出都被用来抵抗风阻。
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举个简单的例子,为什么说燃油车的最佳行驶速度是80-90km/h左右?主要是因为内燃机的工况以及风阻的问题,车辆在行进过程中就需要克服空气阻力做功,而更低的风阻意味着车辆需要克服的阻力更小,车辆行驶的距离就会变远,相同功率作用下还能达到更高车速,简单来说就是更加节能、跑得更快。例如Aion LX的风阻系数为0.288cd,而宝马X3为0.29cd,Q5L为0.3cd。
 
降低车重
由于纯电动车的电池重量非常大,Aion LX上的93kWh电池组重达517kg,Model 3上的77kWh电池组重达478kg,一辆普通燃油车的重量大约在1.5吨左右,而一辆新能源车分分钟能重达2吨左右,其中电池是“贡献”最多的部件。
 
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而重量意味着车辆续航能力的下降,所以降低车辆重要就显得尤为重要,这也是为什么目前很多新能源车会使用铝合金跟钢材混合车架的原因。铝合金能够在同样的结构强度下拥有更小的自重(整车质量可以降低10%,让燃油效率提高6%-8%),就会更加节能。但是大量使用铝合金的缺点就是会导致车辆的单车成本上涨,根据2018年统计数据,每吨铝的价格大约是三万元,而每吨钢材的价格仅为7000元,相比之下,高下立见。
 
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此外,铝合金也不是在所有性能都优于钢材,根据业内专家称,目前车身用铝经过拉延及烘烤硬化,屈服强度可达220-260MPa,这个强度仅能达到一般高强度钢的水平,因此需要截面结构设计以及连接工艺来弥补,对设计工程师提出挑战。据了解,目前产业化的高强度钢强度能超过1000MPa,而铝合金型材一般在500MPa左右。
 
增程包
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爱驰U5是个个性的选手,它采用可拆卸的增程包的方式来增加车辆的续航,日常短距离通勤不安装增程包,在大部分场景里不用背负额外的重量,降低车重和电耗,跑长途时到4S店安装增程包,提供额外的120km续航。是不是听起来似曾相识?这不就是充电宝吗?
 
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在2020年电动汽车百人会论坛上,中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高公开表示:目前电动车厂商需要关注的问题不再是续航里程,而是车辆的安全和充电焦虑。
 
续航超不过800km,是厂家做不到吗?原因竟是这个
在续航里程到达一定程度时,续航里程已经不再是车辆的短板,举个简单的例子,你能连续开车多长时间不休息?8小时?10小时?12小时?就按照平均时速100km/h计算,10小时也就是1000km,再加上,根据《道路交通安全阀实施条例》第62条第7项规定:连续驾驶机动车超过4小时应停车休息,停车休息时间不少于20分钟。目前很多车辆的快充功能,已经能支持半个小时充电80%或者以上,也就是在你休息的时候车辆已经可以完成80%的能源补充,综上所述,在电动车车辆续航达到一定程度后,续航里程真的有那么重要吗?
 
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与其一味为了突破瓶颈,不如投资同等精力去弥补安全、充电等方面的短板,跟手机行业一样,从最开始的拼容量,到如今的快充+容量双发展。汽车作为一个综合性商品,也需要将合适的充电时长、续航以及充电便捷程度综合考虑,不能像冷战时期的苏联一样做偏科生,取决于木桶能装多少水的,是木桶最短的那块木板,而不是最长的那块木板。
 
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科技的发展使得电池得到了长足的进步,电车续航也得到了明显的增长,虽然说电动车的续航就像存款,平时不一定要用,但一定要有,但是话说回来,你会不会为了平时用不到的续航而在购车时多花钱呢?就像欧阳院士所说的,是不是研究电动车安全、充电焦虑才是更加好的方向呢?还有你觉得电动车续航多少才算是够用呢?欢迎在下面评论区告诉我哦。
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