續航里程從145公里到675公里 動力電池如何進化？
時間:2022-03-14 10:07來源:蓋世汽車快訊 作者:忻文
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近日，國新辦舉行新聞通氣會，解讀《政府工作報告》有關情況。其中提出要“推動消費持續恢復”，三大舉措中，推動新能源汽車消費成為重要組成部分，《政府工作報告》指出要穩定增加大宗消費，在去年新能源汽車銷售“井噴”的形勢下，今年繼續支持新能源汽車消費。
與此同時，在國內外共同關注的2022全國兩會上，“新能源”也再次成為熱議話題，豎起綠色風向標。作為目前新能源汽車主流動力來源之一，鋰電池、鋰電資源引起多位代表的關注，提出加快國內鋰礦開發等建議，避免因鋰價上漲、影響動力電池行業而抑制新能源汽車普及速度。
動力電池對電動汽車有多重要？又有著怎樣的發展歷程？從特斯拉的故事中，我們可以一窺究竟。
從通用EV1到特斯拉Roadster，從“無奈退場”到“高調出場”
1996年，世界第一輛現代電動汽車通用EV1量產，成為電動汽車發展歷史上的重要里程碑。
EV1第一代車型采用的是鉛酸電池，它能產生137馬力，最大轉速可達13000轉，這讓EV1在8秒左右就能完成百公里加速，1994年的原型測試車還創造了296公里/時的極速成績。強勁的性能、沒有傳統汽車發動機的抖動和噪音、不需要格柵、風阻系數只有0.19，這一切對當時的人來說都是那么新奇。
然而，作為電動汽車的先行者，EV1也難免有著技術上的缺陷，比如它的電池重達522公斤，加上車身重量，總重接近1.4噸，續航里程只有145公里，價格也十分昂貴，更致命的是存在安全隱患，無法滿足乘用車的需求，通用只能采取租賃的方式，在美國兩個州向用戶提供服務。幾年后，因為政策與市場環境的不成熟，加之電池本身的不足，EV1還是遺憾退場。
但動力電池與電動汽車的潛力被更多人看到，進入了如火如荼的發展期。1997年，豐田首先使用高功率鎳氫電池，推出普銳斯混合動力汽車，開啟了動力電池在乘用車上的商業化道路。
2006年以前，動力電池發展方向都處于搖擺不定的階段，而特斯拉Roadster的出現，讓全球車企與電池巨頭將目光瞄準了鋰電池。
當年，打造EV1的工程師們沒有熄滅夢想，仍在堅持開發電動汽車，首席設計師Al Cocconi更是帶著團隊出走，生產了一款鉛酸電池車T-Zero。但是，不僅是Al Cocconi，整個電動汽車的產業都陷進了一個怪圈：沿著之前的道路專注于鉛酸電池和鎳氫電池的研發，但純電動汽車的續航能力仍然很低，而電池成本卻一直居高不下。
此時，一名來自硅谷的工程師為Al Cocconi投資了15萬美元，并建議T-Zero換用了鋰電池，行駛里程終于產生突破，超過了480公里。這讓鋰電池第一次成為電動車的動力之源，而這名工程師，就是特斯拉的聯合創始人和第一任首席執行官馬丁·艾伯哈德。
自此，特斯拉就走上了超級電池的道路，把鈷酸鋰電池用在了第一輛生產的電動汽車Roadster身上，成為世界上第一個采用鋰離子電池的電動汽車公司。特斯拉在續航里程、車輛性能與安全性上的多點突破，真正讓屬于電動汽車的時代來臨了。
首個吃鋰電池螃蟹的車企，首要目標是安全
特斯拉采用了18650 型三元鋰離子電池，也是最早選用圓柱型三元鋰電池的車企，這可以追溯到特斯拉最初與松下合作的年代。
當特斯拉通過智能的電池管理系統，“征服”了被業界認為無法管理的大量18650電池后，特斯拉沒有就此滿足，正如特斯拉CEO馬斯克表示，“安全是特斯拉的首要目標”，特斯拉立刻開始著手提升18650電池的安全性能和壽命。
特斯拉自主研發了領先的熱管理系統和電池管理系統，確保電池在最優化、最一致的溫度區間工作，即使在低溫低電量時，電芯也能保持均衡一致性，并延長電池循環壽命。
為使電芯穩定性更好，特斯拉還在每節電芯、每個電池磚、每個電池片的兩端均設置有保險絲，一旦電池過熱或者電流過大則立刻熔斷，斷開輸出避免因某個電池出現異常情況而影響到整個電池包的正常運行。
這已經成為特斯拉電池的核心技術，特斯拉開放專利后，更是為后來的許多造車新勢力和動力電池企業提供了學習的模型。
軟硬件多重保障強大性能，太原資深綠牌車主最終選擇特斯拉
電動汽車對電池的要求，是安全系數高、單次充電續航里程長、性能穩定可靠、可循環充電次數多。保障了安全之后，特斯拉得以繼續在電池其他方面的性能表現上下功夫。
盡管都叫三元鋰電池，而特斯拉車輛所采用的三元鋰電池，擁有自己的獨特配方和工藝，相比起其他三元鋰電池，使用壽命更長、充放電性能更好、能量密度更大，這也意味著特斯拉車輛整體電池更輕、充電快、加速性能好。
特斯拉電芯成功應用了硅碳負極材料，大大提升了電芯能量密度，以更小的體積儲存更多能量。電池包上，特斯拉創新研發的大模組設計，不但有效提高體積利用率，也可以容納更多電芯，并將電芯并聯成組，提高電池包瞬間放電能力，以及單次充電的續航里程。
眾所周知，和手機一樣，電動汽車的電池壽命和平時的用車習慣有很大關系。這就要求車企不僅在硬件設計上用功，還要有先進軟件的輔助。特斯拉的BMS電池管理系統管控著每個電池充放電，調節滿足最佳性能，同時在充電時減少或者避免對電池的損害。同時，特斯拉還以先進的熱量管理系統，精準即時地控制電池包溫度，使其工作在最佳溫度，減少溫度因素對電池的傷害，延長電池壽命。
先前，熱心網友還統計了特斯拉車輛的電池衰減情況，從圖表中可以看出，經過5萬英里的行駛，大部分特斯拉車輛（統計車型為特斯拉Model S/X/3）電池僅衰減了5%，10萬公里后，則僅不到10%，即使在20萬英里后，也大多不到15%。
《2020特斯拉影響力報告》中，也給出了官方數據。圖表顯示，經過20萬英里的行駛后，特斯拉Model S/X的電池衰減水平仍保持在85%左右，與上述數據相符。
如今，特斯拉在電池技術上更進一步，Model 3率先搭載了21700三元鋰電池，直徑21毫米、長度70毫米，能量密度接近300Wh/kg，這也讓Model 3成為了全球能耗最低的車型，性能也獲得極大提升，Model 3高性能版續航里程高達675公里，百公里加速僅需3.3秒，這幾乎是目前主流電動汽車中最長的續航里程、最強勁的性能。
此外，特斯拉后輪驅動版Model 3和Model Y也開始采用磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池的循環性能更好，一般充放電循環次數可以達到3500-4000次左右，使用壽命更長，同時還有耐高溫、安全穩定性強等優點，加之技術的進步使磷酸鐵鋰能量密度不斷提升，能夠滿足消費者的日常出行需求。
作為新能源汽車、電動汽車的資深用戶，山西太原的周先生對此有很深的感受。“電動車我開過好幾輛，一開始是蔚來，后來換成了特斯拉Model Y，也試駕過Model 3和小鵬的車，”他說，“紙面上的續航數據就有明顯差距，實際開起來，特別是冬天，特斯拉的電池更‘抗造’，有電池預熱功能，續航里程也比其他品牌的車高不少。”
此外，特斯拉也為每位車主提供8年或19.2萬公里的可靠的電池組質保方案，相比市面上常見的8年12萬公里，或者8年15萬公里方案，更能保障車主的權益，讓用車更安心。
在特斯拉等車企、電池企業的共同努力下，電動汽車走進了越來越多消費者的生活，動力電池技術也在國家政策與消費趨勢的推動下迅速發展。技術的提升往往伴隨著可靠性的提升與成本的降低，我們相信，今后電動汽車將和傳統燃油車一樣成為我們信任、喜愛的出行伙伴，甚至成為超越燃油車的最佳出行方案。
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