从专利看蔚来--大功率动力电池
最近有朋友问起纯电力车如果把动力总成定额在660马力，4秒百公里加速，需要配备怎样的电池组？这是道计算题，但是小星想把它答成简答题，甚至小作文。今天我们就通过蔚来汽车发布的专利，来聊一下大功率动力电池的市场状况和应用需求。
大功率电机的瞬时加速，对电池的功率密度提出了很高的要求。但是纯电动或插电混动车型又要求很高的能量密度来保证续航里程。如图锂电池特性曲线，功率密度高则能量密度低。多用于轻混和全混动HEV车型，快速回收能量。能量密度高则功率密度低，多用于纯电动EV车型，保证续航里程。但高性能纯电动车型对电池提出了更高的要求，在保证续航的同时，又要求瞬时输出功率大，提升驾驶性能。
↑电池特性对比图
计算
纯电力车如果把动力总成定额在660马力，折算到功率为660horsepower x 0.74 = 488kW。4秒百公里加速，也就是对电池的10s瞬间功率输出能力提出了很高的要求。考虑各种电机和电力传输损失，我们假定效率在85%～90%之间。则瞬间输出功率需要在542～574kW之间。
电池特性分类
↑UBS投资银行电动汽车行业分析报告
如果大家关心过UBS投行对雪佛兰Bolt的拆解报告，就会知道实际上中国以外的电动车市场实际上被三家电池供应商所统治。而且它们分别代表三种电池分类。那就是松下的18650代表圆柱形电池，LG化学代表软包电池以及三星代表方壳电池。而松下电池为特斯拉所买断，LG化学和三星电池则收到政策影响在中国推广受限。因此小星非常看好特性非常平衡且安全性好的中国本土电池供应商CATL宁德新能源代表的方壳电池。当然BYD也是无法忽略的电池供应商和新能源整车厂。
↑电池的分类与特性
电池特性分明
1.圆柱形电池
能量密度和功率密度都很高
适合标准化生产
电池管理复杂
2.软包电池
能量密度极高
重量轻
需要额外防护防止电池受损和热失控
3.方壳电池
能量密度和功率密度性能平衡
外壳坚硬易防护和管理
下面我们就着这几个典型的电池分类来按照典型车型对比一下。
蔚来汽车
ES8
随着蔚来汽车宣布年内12月份正式上市纯电动车型ES8。越来越多的ES8电池和动力总成信息浮出水面。ES8车型正是采用了CATL的方壳电芯。那么我们基于蔚来汽车公布的相关信息一起来分析一下吧。
↑上海车展发布的蔚来汽车ES8车型
基于上海车展展出的ES8车型底盘系统和动力总成可以看到锂电池组置于底盘底部。前后轴分别由两组大功率感应电机驱动。据目前蔚来汽车公布的参数，前后轴动力电机功率均为240kW。因此总功率正好是480kW。对应百公里加速成绩为4.4秒。而它采用的锂电池使用CATL的方壳电芯。总电量70kWh，最大输出功率可瞬时达到550kW。纯电综合续航里程355公里。这样既保证了不错的续航里程，又拥有出色的加速性能。来自CATL的方壳电芯良好的能量密度和功率密度平衡表现功不可没。
↑上海车展展示的ES8车型锂电池组
↑上海车展展示的ES8车型动力总成
除了使用优质的方壳电芯，蔚来汽车也依托专利技术增强锂电池组的散热性能和模块化特性。帮助锂电池组在大功率输出时能够更好的散热。同时不同车型可以基于模块化概念配置不同容量的锂电池组。并且整车底部与锂电池组的接口也充分考虑了换电的设计。
↑蔚来汽车模块化电池专利申报图
通过交叉框架结构，锂电池组各个模块当中的电芯可以得到有效散热。并且增加了结构强度，保护了电池。蔚来汽车公布了锂电池组的测试规范。整个锂电池组需要经过灼烧阻燃测试、跌落测试、海水浸蚀测试和热冲击测试。其中锂电池组的专利交叉框架结构起了巨大作用。
↑蔚来汽车锂电池交叉框架结构专利申报图
方壳电芯基于专利的模组化设计可裁剪出不同的锂电池组容量。从而灵活适配不同配置的车型。充分发挥方壳电池布置管理容易的优势。
↑蔚来汽车模块化灵活裁剪电池容量专利申报图
通用
↑通用押宝纯电动车型雪佛兰Bolt
雪佛兰Bolt一直是通用集团发力纯电动车型的重中之重。它和别克VELITE5增程式混动和凯迪拉克CT6插电式混动车型都采用了来自LG化学的软包电芯。并且使用了通用集团专利的软包电芯配套水冷鳍片的散热方案。
↑来自LG化学的软包电芯和配套的鳍片散热方案
通用集团新能源车型大量使用LG化学软包电芯的最大原因就是它能量密度大的优点。整个雪佛兰Bolt的锂电池组由266块LG软包电芯组成。结构为3并96串，输出总电压365V。共分成10个模组。总电量为60kWh，续航300公里。动力总成总功率200马力（148kW），百公里加速6.5秒。很明显为了纯电续航里程，锂电池组更倾向于高能量密度，而对功率密度适当妥协。
↑雪佛兰Bolt的锂电池组和动力电机
↑雪佛兰Bolt锂电池组细节
这边要额外提一下，实际上通用集团也大量使用方壳电池。方壳电池具有很高的功率密度非常适合需要瞬间回收能量降低油耗的轻混和全混动HEV车型。比如刚刚发布的凯迪拉克XT5 28E轻混车型和全新君越30H、全新君威混动版及全新雪佛兰迈锐宝混动版都使用了来自日立的方壳电池组成的风冷锂电池组。
↑通用集团轻混和全混动车型使用的日立方壳电池
↑日立方壳电池组成的锂电池组
宝马
↑宝马i3及使用的方壳锂电池组
宝马车型以驾驶著称，因此宝马设计的新能源车型也注入了运动的基因。宝马i3纯电动车型甚至与主打运动的3系320车型百公里加速成绩相当。秘诀就是宝马i3使用的三星方壳锂电池组。
↑宝马i3锂电池组和动力电机特写
宝马i3的方壳锂电池组由8个模块组成。每个模块12个方壳电芯。总电量30.5kWh，可以驱动160马力（118kW）的动力总成。属于能量密度和功率密度比较均衡的电池技术。同时宝马在国内开发的新能源车型都用上了CATL的方壳电池，比如宝马530Le和之诺纯电动X1。
↑宝马i3使用的方壳电芯
特斯拉
特斯拉Model S P100D作为目前量产电动车百公里加速的保持者，使用的是如下来自松下的18650圆柱形电池组成的锂电池组。纯电续航500公里，百公里加速2.5秒。
↑松下18650电池
Model S P100D的动力总成总功率为567W（760马力）。它的电池组为100kWh 400V锂电池组。瞬时输出电流可达1600A。折算成功率也就是640kW。也就是说特斯拉将电机和电力传输效率控制在了88%左右。
↑特斯拉Model S动力总成
特斯拉使用的松下18650圆柱形电池高能量密度和高功率密度的特点就是成就Model S车型长续航又加速快的秘密武器。但是由于其电池技术为特斯拉独占，而且每个电池组对18650电芯的用量惊人。因此电池组制造和管理系统都很复杂。特斯拉Model S P100D电池组使用了超过7千个18650电芯。
综上所述，功率密度和能量密度是电池技术的双刃剑。一辆加速性能优秀的纯电动汽车如何同时保证足够的续航里程是一大挑战。因此小星非常看好特性非常平衡且安全性好的中国本土电池供应商CATL宁德新能源代表的方壳电芯。蔚来汽车为代表的车企正在做着类似尝试，期待ES8车型上市后的表现。