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领克10是怎么做超快充电池的?

04/28 14:55
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现行FE(Formula E,电动方程式赛车)比赛里有一条强制充电的规则。当比赛进行到一半,赛车手必须进pit hosue 进行一次30秒的快充。

这个规则是去年新增加的。改规则的原因当然有很多,但肯定少“要展示超快充技术”这个原因。FE代表的是未来的电动化方向,快充能力,那是要比的。

充电速度一直是电动车的痛点之一。前几年电动车的痛点还有很多,续航太短,不太安全。但是随着电池技术的进步,这些问题都逐渐解决了。最后还剩下的就是充电速度。

领克 10+最近刷新了亚洲山脊赛道的纯电车圈速纪录。1 分 40 秒 14 的成绩,比Porsche Taycan Turbo GT快了0.02秒。它电池是跟领克10是同款神盾金砖电池。

900V高压架构,95kWh的可用容量,10%→70%:4 分 22 秒,相当于峰值的时候充电1 秒能有2km 的续航。

Part 1、快充为什么突然加速

最近这一波汽车技术发布,你会发现一个明显变化:

几乎所有车企和电池企业,都在卷“充电时间”。

从5分钟充一半, 到8分钟补500公里, 再到接近“加油时间”的体验。

领克10和领克10+的充电时间:10%到70%,最快4分22秒。

这差不多是一首歌的时间,能多跑几百公里。

为什么过去汽车行业一直觉得,快充和寿命、安全,是冲突的?现在为什么都上了?

Part 2、为什么“快充很难”

充电表面上解决的是电量问题,实际上要解决散热问题。当电流一大,发热是平方级增长的。快充 = 大电流 / 高倍率 = 发热暴增

电池发热一旦上来,就会带来很多严重的问题:

◎ 电池内部副反应加剧

◎ 保护层(SEI膜)被破坏

◎ 锂开始“乱沉积”

快充过程中电池温度过高,要么电池衰减变快,后期掉电特别快; 要么安全风险上升。这在纯电网约车一直快充的案例中,特别明显。

所以过去很多人觉得:快充可以有,但不能一直快。

Part 3、领克怎么把“快”做出来

快充技术是怎么爆发的?解决的思路是把“发热的根源”和“温度的结果”同时压住。

● 从材料开始:让锂离子“跑得更顺”

领克这套神盾金砖电池,是在解决了过去一些困难点,是锂离子在电池里“走得快不快”的问题,做了很有针对性的设计:

◎ 首先是正极做优化,采用了高熵材料构建“离子通道”,让锂更容易“起飞”。

◎ 其次是电解液优化,通过算法去找最优配方,让导电能力提升。

◎ 重点是负极结构,把石墨层结构打开,让锂更容易嵌进去。

这三项措施,可以简单理解为:以前是单车道,现在变多车道,而且是道路更平整。 快充的时候,锂离子”跑“起来的时候也不热了。

● 电阻降下来:少发热,才能快

除了材料,还有一个更底层的指标:内阻

领克的电池在结构上也做了几件事:

◎ 缩短电流路径(电芯结构优化)

◎ 电连接用激光焊接,减少接触电阻

◎ 整体连接阻抗下降60%

对于电池来说:同样的电流,发热更少;才能支撑更高倍率充电

● 热管理:从“散热”变成“控温”

真正拉开差距的,其实是温度控制。

◎ 以前的电池更多是: 底部冷却,简单带走热量

◎ 现在领克做的是:双侧面立体液冷

带来三个变化:

◎ 散热面积翻倍

◎ 热路径更短

◎ 换热效率提升约35%

而且不仅是“降温”,还有“判断”。通过BMS系统,可以实时判断:现在该快充,还是该收一点,让整个充电过程变成一个可控过程。

Part 4、领克怎么做电池“安全”

对于快充来说,解决散热和只是第一步。

快的同时,还要安全。速度和安全,不管在什么情况下,往往都是矛盾的。

对充电来说:

◎ 热量矛盾:快充产热 = 安全隐患,刚刚已经说了。还有:

◎ 材料矛盾:高倍率快充需要活泼、高传导电解液 / 电芯材料;越活泼的材料,热稳定性越差。

◎ 结构矛盾:大电流需要更薄隔膜、更大孔隙;薄隔膜 = 防短路能力下降。

领克的金砖电池做了几个事情:

● 从电芯层源头减少风险

◎ 更稳定的电解液体系

◎ 高耐热隔膜(高温自动“关门”)

一旦温度异常,直接阻断离子通道,避免连锁反应。

● 结构层:硬防护做到极致

领克做了一套“985防护结构”:

◎ 9层侧碰防护

◎ 8层底部防护

◎ 5层顶部支撑

再加上三横四纵吸能结构, 不让外力直接作用到电芯

领克的电池做了一个比国标强度高12倍的极端测试:1800焦耳底部撞击,电池依然不起火、不爆炸

● 系统层:把风险“提前发现”

最后一层,是系统能力: AI BMS电池管理系统,它可以:

◎ 学习用车习惯

◎ 预测电池状态

◎ 提前预警风险

再配合:

◎ 毫秒级断电

◎ 热失控隔离

◎ 快速排气

把问题控制在“还没发生的时候”。

小结

快充也许是动力电池最后要搞定的一件事。

在这一轮快充演进中,我们清楚的看到,动力电池从“堆电量”;转向“缩时间”。

领克这套方案,是材料 + 结构 + 热管理 + 算法,一整套体系在一起工作。

当充电时间进入“几分钟”这个区间之后,电动车的使用方式,其实就已经开始接近燃油车了。

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笔者 朱玉龙,一名汽车行业的工程师,2008年入行,做的是让人看不透的新能源汽车行业。我学的是测试和电路,从汽车电子硬件开始起步,现在在做子系统和产品方面的工作。汽车产业虽然已经被人视为夕阳产业,不过我相信未来衣食住行中的行,汽车仍是实现个人自由的不二工具,愿在汽车电子电气的工程方面耕耘和努力,更愿与同行和感兴趣的朋友分享见解。