灵魂画师 CEO 带你看 Lucid 电池的策划奥秘
发布时间：2022-03-17 14:27:27 所属栏目：移动互联 来源：互联网
导读：金三银四果然是招聘的好时节。刚发出招聘文章（投简历点我点我）没多久，我们就迎来了运营新同事。 极其养生的新同事在发现大家中午都没午睡习惯后，「太卷了」就变成了她的口头禅。 拜托，我司 10 点才上班，中午哪里睡得着。 真要论「卷」，还得是各位老板
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金三银四果然是招聘的好时节。刚发出招聘文章（投简历点我点我）没多久，我们就迎来了运营新同事。 极其养生的新同事在发现大家中午都没午睡习惯后，「太卷了」就变成了她的口头禅。 拜托，我司 10 点才上班，中午哪里睡得着。 真要论「卷」，还得是各位老板。 现在，各大科技公司老板抛头露面为自家产品站台已经不是什么新鲜事。 只不过，最近 Lucid Motors CEO Peter Rawlinson 把这个标准又往上提了一大截。 作为曾经的特斯拉 Model S 首席工程师，Rawlinson 无疑是一位技术流的管理者。 他通过一场电池技术沟通会，充分向大家展示了，什么叫「不懂技术的灵魂画不是优秀 CEO」。 作为当下全球 EPA 续航最长的量产车，Lucid Air 的电池组有哪些小秘密？ 高电压 = 高效率 Lucid Air Grand Touring 搭载了 112 kWh 电池包，112 kWh 到底是多少能量？ Rawlinson 给我们举了一个非常生动的例子。 「我们把一个 100 克的苹果，从地上捡起，放到离地 1 米高的桌面上，这个过程消耗 1 焦耳的能量。而 112 kWh 电池包，换算过来大约有 4 亿焦耳，可以让我们做 4 亿次捡苹果的动作。」 那 112 kWh 这个参数是如何确定的？ Rawlinson 先讲解了能量与功率之间的关系，并为我们介绍了一个非常清晰、易懂的计算过程。 大约在 10 年前，电动汽车每行驶 1 英里约消耗 330 Wh 电量，随着技术的进步。到今天，电动汽车行驶 1 英里消耗的电量已经下降到 250 Wh。 如果想要让电动汽车拥有 400 英里的续航，就需要 100 kWh 电池包。 我们继续推算，Lucid Air 使用的 2170 电池，每粒电芯约有 17-18 Wh 的电量，组成 100 kWh 电池包就需要大约 6000 粒 2170 电芯。 这就是 Lucid Air 电池包，6600 个 2170 电芯的设计基础。 但堆电池，大家都会，对于一辆全球 EPA 续航最长的电动汽车来说，当然还有一些不一样的技巧。 比如，现阶段电动汽车的电池包电压一般都在 400V 左右，而 Lucid 使用了 924V 高电压。 至于为什么这么做，Rawlinson 用几个非常基础的物理公式向我们阐述了选择高压电池背后的理论支持。 欧姆定律 电压 U = 电流 I × 电阻 R ------------ 电功率计算公式 功率 P = 电压 U × 电流 I ------------ 把公式 带入到公式 ，可以得到 P = I^2 × R 这个也是系统电阻发热量的计算公式。 而这个发热量对我们是无用的，我们希望它越小越好。 根据 P = I^2 × R 可知，电流 I 越小，发热量的功率 P 就越小。 问题来了，如何在保持系统功率总量不变的情况下，降低电流呢？ 由 P = U × I 可知，当功率 P 保持不变，我们增大电压 U，电流 I 就会减小。 以 Lucid Air 为例，Lucid 把电池包电压提高到两倍，电流就会变为原来的二分之一，发热功率就会降低到原来的四分之一。 所以，高压就意味着更高的驱动效率，这就是 Lucid 选择高压电池包的一大原因。 如何构建 924V 电压 一粒 2170 电芯的满电电压是 4.2V，那么 4.2V 如何升压到 924V ？ 首先，我们先介绍一个电池串并联的知识点。电池串联，能提高输出电压；电池并联，能提高输出电流。 Rawlinson 拿了 3 个不同长度、不同电压等级的手电筒来打比方。 这些手电都使用 1.5V 的 1 号干电池作为能源。把 3 个干电池串联塞进手电，就能得到一个 4.5V 电压的手电；4 个干电池串联，就得到 6V；6 个干电池串联就得到 9V。 同理，4.2V 的 2170 电芯想升压到 924V 电压，就需要把 220 个 2170 电芯串联起来。 但如果像手电这样的方式串联电池，220 个 2170 电芯首尾相接串联在一起，长度差不多就有 15 米。这种长度放在轿车上显然是不合适的。 实际上，Lucid 为了兼顾电压等级和电流输出能力，将 6600 粒 2170 电芯分为了 22 个组，每 300 粒电芯组成一个电池模组。 在一个电池模组中，又把 300 粒 2170 电芯平均分成了 10 组。每 30 粒电芯相互并联，组成一个「Group」。 一个模组中的 10 个 Group 串联，就得到了 42V 输出电压。 为了能让 300 粒电芯以「竖直且平行」地摆放组成一个电池模组，Lucid 为此做出了两点努力。 一是，让 2170 电芯的正负极都处于电芯的同一端。 这个设计其实我们在之前解读特斯拉专利的文章中也提到过，有兴趣的小伙伴可以点击此处跳转查看。这样做的好处也很明显，所有电芯都只需竖直向上摆放，通过正、负极母排连接器即可完成电芯之间的串并联。 二是，电池连接技术。 在提到这些连接器时，Peter 提到一个很时髦的词，「一体压铸」。没错，这些连接器正是由一体压铸技术制造出来的。 同时，Rawlinson 还非常详细地介绍了为什么选择铝作为连接器的材料。连接器最主要的功能就是导电，连接器的电阻越小，发热越低，效率就越高。从这个角度出发，我们应该选择电阻最低的金属——银。但银的价格太贵，结合成本和导电率两个因素，铜就成为了首选。但是铜又比较重。 综合导电率、成本、重量三个因素，铝就成为了连接器材料的最好选择。 在把电芯焊接到母排连接器上时，Lucid 也有自己的小心思。 为了确保安全，业界通常的做法是，把电芯的正、负极分别都用保险丝焊接到母排连接器上。如果单个电芯发生短路的情况，保险丝会瞬间熔断，将电芯从电池模组中断开，从而确保电池模组的安全。 但 Lucid 发现，对单个电芯而言，用两根保险丝其实完全没有必要。其一，电池正、负两极只要有其中一端断开，这个电芯就与电池模组的连接就断开了；其二，保险丝相比较普通连接材料，保险丝的电阻更大，效率更低。 因此，Lucid 选择在电芯的正极上使用保险丝焊接，在负极上用较粗的普通导体焊接。 讲完了单个电池模组，再把 22 个电池模组串联起来，就得到了 924V 输出电压。 至此，小结一下，Lucid 用 220 串联，30 并联的连接方法，将 6600 粒 2170 电芯组成了 112 kWh、924V 电池包。 不一样的冷却方案 Rawlinson 提到，业界常用的电池模组冷却方案，都是在一粒粒电芯之间设置冷却管路，但 Lucid 认为这种冷却方式是极为低效的，原因有以下两点。 1. 电芯热量问题 电芯在工作时会向各个方向散发热量，但在不同方向上，热量的传导效率是不一样的。Lucid 发现，电芯热量在纵向方向上的传导效率远大于横向方向。 这样的结果是，电芯工作散发的热量会在电芯底部聚集。 2. 效率问题 布置在电芯之间的冷却管路，其一，冷却管路与电芯的接触面积并不像理想状态下的那么大，实际上，它们之间的接触面积并不连续，而是断断续续的。 其二，冷却管路会挤占电池模组空间，最为直接的后果，就是在同样体积的电池模组内，能容纳的电芯数量会减少，从而降低电池模组的能量密度。 基于以上两点，Lucid 采取了一种和特斯拉完全不同的冷却方案。Lucid 取消了电芯间的冷却管路，转而在电池模组底部设置了一块冷却板。 这样设计的好处有以下三点。 1. 高效散热 前面提到，电芯的热量最终会在电芯底部积聚，直接从电芯底部带走热量，无疑是最高效的。其次，电芯底部是一个平面，散热板的接触面也是一个平面，这样一来，两个平面之间可以轻易且紧密地接触在一起，这进一步提升了散热的效率。 2. 提高能量密度 电芯之间没有了散热管路阻隔，电芯和电芯之间可以以更紧密的距离进行排布。即，电池模组的能量密度将会更高。 3. 便于制造 冷却板是由两片冲压铝材组合而成的。而冲压是一种非常利于大规模量产的生产工艺。这就意味着，这种冷却板拥有较低的成本，较低的生产难度，更好的一致性和可靠性。 因为 Peter Rawlinson 曾经是特斯拉 Model S 首席工程师，因为 Lucid Air 和特斯拉 Model S 在技术结构上有太多相似处，曾经有人告诉我，Lucid Air 只不过是一辆换壳特斯拉 Model S。 但实际上，我们通过了解技术细节，Lucid 其实是拥有自我灵魂的。 单从电池包来说，我们就能感受到，Lucid 自上而下贯彻的节能高效的设计理念。 这可能也是 Lucid Air 能拿下 EPA 第一续航的奥秘之一吧。 Lucid Air 是辆好车，只是，现在它挑战特斯拉的最大阻碍就是产量不足问题。 根据先前 Lucid 发布的 2021 年财报，受芯片等供应链问题影响，Lucid 2022 年产量预期下调 40%，2022 年全年产量也就只够满足目前 Lucid 手里预定订单的一半。 这也就意味着，常老师心心念的 Lucid Air，今年应该是买不着了。 （编辑：核心网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
