新能源汽車電池能量密度如何提升
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-14 13:03
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新能源汽車的購買心理障礙很多，但其中最為焦慮的恐怕就是續(xù)航能力了。就筆者的試駕而言，廠家說標(biāo)稱的續(xù)航里程一般都要再打個對折。這更加劇了焦慮感。
主要是由于電池的原因。
純電動新能源汽車想要增加續(xù)航里程，其實(shí)方法很簡單，就是堆足夠多的電池。
其實(shí)道理又不難，多堆電池而已，堆的多就跑的遠(yuǎn)，小學(xué)生都能做的加法啊。但為什么基本沒有廠家這么做呢？
看似簡單，實(shí)際不簡單。我們以特斯拉為例，75kWh的電池標(biāo)稱續(xù)航為469KM，那么很簡單了，裝1505kWh的電池應(yīng)該可以跑938KM，裝上2255kWh的電池就可以跑1407KM。這是很簡單的數(shù)學(xué)題，兩倍電池就兩杯續(xù)航，三倍電池就三倍續(xù)航。很天經(jīng)地義。
但基本沒戲，這是因?yàn)樵黾拥碾姵仉娏炕径加脕沓惺茈姵乇旧淼闹亓苛?。好比行軍打仗，背上三天的干糧就能走三天，那么背上一百天的干糧能否走三月呢？似乎可行，但其實(shí)連三分鐘都走不了，糧食直接把人壓死了。
所以真正的解決之道，只能是提高電池密度。將普通餅干做成壓縮餅干。
順便說一下，受限于目前的電池技術(shù)，動力電池的能量密度再130-160WH/kg之間，而汽油則為12222WH/kg，所以新能源汽車的的動力電池往往高達(dá)數(shù)百公斤但僅能提供二百多公里的續(xù)航里程。
也就是說能量密度限制了目前新能源汽車的發(fā)展，在能量密度無法提高的情況下，電池堆積到一定程度，重量將反噬自身。當(dāng)然這或許未必是壞事，畢竟好多人就喜歡手感重的。
目前主流的是18650電芯，目前國家提出了《中國制造2025》規(guī)劃，明確了動力電池的發(fā)展：2020年電池能量密度要達(dá)到300Wh/kg；2025年要達(dá)到400Wh/kg；2030年要達(dá)到500Wh/kg。
此外還需要參考系統(tǒng)能量密度，因?yàn)殡姵厥莻€系統(tǒng)，還要包含電池管理系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、高低壓回路等，這些不見也要占用電池系統(tǒng)的重量和內(nèi)部空間的。因此最終作為成品的電池系統(tǒng)的能量密度遠(yuǎn)比單顆電芯要低。
如何提升能力量密度？
可以從單體和系統(tǒng)兩個維度進(jìn)行密度提升。涵蓋新材料采用、電池結(jié)構(gòu)精調(diào)和制造能力提升三方面。
1、增大電池尺寸
電池廠家可以通過增大原來電池尺寸來達(dá)到電量擴(kuò)容的效果。我們最熟悉的例子莫過于率先使用松下18650電池的知名電動車企特斯拉將換裝新款21700電池。
但是電芯“變胖”或者“長個”只是治標(biāo)，并不治本。釜底抽薪的辦法，是從構(gòu)成電池單元的正負(fù)極材料以及電解液成分中，找到提高能量密度的關(guān)鍵技術(shù)。
2、化學(xué)體系變革
電池的能量密度受制于電池的正負(fù)極。由于目前負(fù)極材料的能量密度遠(yuǎn)大于正極，所以提高能量密度就要不斷升級正極材料。
3、系統(tǒng)能量密度
提升電池包的成組效率，需要以安全性為前提，最大程度地利用每一寸空間。電池包的“瘦身”主要有以下幾種方式。
①優(yōu)化排布結(jié)構(gòu)。從外形尺寸方面優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部的布置，讓電池包內(nèi)部零部件排布更加緊湊高效。
②拓?fù)鋬?yōu)化。可以通過仿真計算在確保剛強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)可靠性的前提下實(shí)現(xiàn)減重設(shè)計，實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化和形貌優(yōu)化最終幫助實(shí)現(xiàn)電池箱體輕量化。
③選材?？梢赃x擇低密度材料，如電池包上蓋已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金上蓋逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合材料上蓋，可以減重約35%。針對電池包下箱體，已經(jīng)從傳統(tǒng)的鈑金方案逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殇X型材的方案，減重量約40%，輕量化效果明顯。
④整車一體化設(shè)計。整車一體化設(shè)計與整車結(jié)構(gòu)設(shè)計通盤考慮，盡可能共享、共用結(jié)構(gòu)件，例如防碰撞設(shè)計，實(shí)現(xiàn)極致的輕量化。
影響動力電池性能的不僅僅是能量密度一個指標(biāo)，還有比功率密度、安全性、一致性和循環(huán)壽命等多種因素，在眾多指標(biāo)和成本之間找到平衡點(diǎn)才是王道，單一提升莫個單項(xiàng)并不是發(fā)展之道。
