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对比通用大众宝马，特斯拉的电池续航能力到底有多强？

2017-12-08

中国电源产业网

导语：

特斯拉的粉丝一直坚定地认为，特斯拉的技术水平是遥遥领先的（不对，这个词现在已经不能随便用了）。传统企业的工程师出来反驳，特斯拉并没有你们以为的那么牛。粉丝不服，那你们的续航怎么没有超过特斯拉？工程师不想解释，却在私下嘀咕，我们的能量密度也很高，只是成本太高没人用而已。工程师觉得粉丝啥也不懂，粉丝觉得工程师都是老顽固。两个群体就这么互相标签化，离多维度地还原事情的本质这件事越来越远。两边的对立常常让我困惑，为什么不能好好交流呢。越来越多的人问我这个问题，特斯拉的电池续航能力到底有多强。三言两语说不清，不如尝试着写一写吧。当然，我并不是专业工程师，有不对的地方欢迎指正。在试着探讨这个问题之前，我们先界定一下这个问题的前提条件，梳理几个基础概念。 1、车辆续航除了跟电池有关以外，还跟不同工况下的运行有关。由于后者的问题比较复杂，今天主要来谈电池。 2、电池最重要的性能参数是能量密度，能量密度有体积能量密度（Wh/L），也有质量能量密度（Wh/kg）。我们在电池上更多谈论的是质量能量密度（Wh/kg），它决定了单位重量的电池所储存能量的大小。 3、电池的能量密度常常指向两个不同的数据，一个是电池系统的能量密度，一个是电芯的能量密度。电芯（Cell）是一个电池系统的最小单元，也有人描述为单体电池。你理解为单节电池就行，比如说，一节五号电池。M 个电芯组成一个模组（Module），N 个模组组成一个电池包（Pack），这就是车用动力电池的基本结构。也有人直接把电池包叫做电池组。

其实就是一个很简单的公式，电池包 = N·模组 = N·（M·电芯）。 4、由于电池包关系到电池最终的形状和车辆布置，大部分厂家会选择采购电芯，自己来做电池系统。电池系统的能量密度和电芯选型有关，比如圆柱电池因为单个电芯容量小，电池系统结构复杂，在单个电芯能量密度占优势的前提下，电池系统的能量密度相对会低一些。

从原材料划分，电芯有磷酸铁锂、镍钴锰（NCM）和镍钴铝（NCA）等不同类型，这里的材料主要指的是正极材料。在原材料的影响中，正极材料对电芯的能量密度影响较大。负极材料普遍以石墨为主，目前主流研究方向在探索硅碳负极的商业化。电芯的结构和原材料组成的不同，对电芯的能量密度均有影响。以上这些内容，我再把要点总结一下。在我们讨论电池对车辆续航里程的影响时，主要讨论的是电池系统的能量密度和总体重量的结构布置。而电池系统的能量密度主要由电芯正负极材料和结构选型决定。建立了框架上的基础认识之后，我们现在可以针对具体的车型来谈细节了。我们由大到小来看。首先，是电池包的整体结构。在麦肯锡的报告中，提出一个很重要的结论，那就是不同车辆结构上布置的电池系统样式，对电池系统的能量密度大小有重要影响。对于这一点，我们直接看图感受。先来看一看在第二次电动车浪潮里，生产了第一款量产电动车 EV1 的老牌厂商通用。以下这张图，从左到右分别为第一代 Volt ，第二代 Volt ，Spark EV 和最新款的雪佛兰 Bolt 的电池系统。其中，Volt 为插电混动车型，Spark EV 和 Bolt 是纯电动车型，Spark EV 是自 EV1 停产之后通用推出的第一款量产电动车型。

2014 款 Spark EV 用的是磷酸铁锂电池，由A123 提供，容量 21.3 kWh 。 2015 款 Spark EV 的电池改用 LG Chem，96 组，每组 2 个电芯，每个电芯 27 Ah ，3.75 V ，一共有 192 个电芯，电池容量为 19.44 kWh（192 x 27 Ah x 3.75 V ）。整个电池系统体积 135 L ，总重 215 kg ，比老款减重 39 kg 。根据以上数据计算，2015 款 Spark EV 电池系统体积和质量的能量密度分别为 144 Wh/L 和 90 Wh/kg 。电池更换后，两款车 EPA 标准下的续航里程均为 132 km 。也就是说，虽然电池容量和重量都减少了，但是新款电池的能量密度提升了，车辆续航里程保持不变。但是一百多公里的续航显然没太大意义。要继续提升车辆续航的话怎么办呢。要么继续提升电芯的能量密度，要么就办法多装一点电芯。简单说，要么继续用这个平台，要么就得改了。旧平台改造（AEP：Adapted Electric Platform）分为两种类型，一种是基于旧平台的旧设计，一种是基于旧平台的新设计。Spark EV 属于前一种，用的是 Gamma II 平台，雪佛兰 Bolt 就属于后面一种，基于 Gamma G2SC 平台设计。

请看，肉眼可见的，电池结构变得更加平坦，电池体积也增加了，可以装下更多电芯了。没错，雪佛兰 Bolt 的电芯增加到了 288 个，依然是 96 组，但是每组增加到 3 个电芯。电芯由 LG Chem 提供，每个电芯 55 Ah ，3.75 V 。电池容量近 60 kWh （实际是 288 x 55 Ah x 3.75 V = 59.4 kWh）。电池体积 285 L ，总重 435 kg ，电池系统的能量密度为 246 Wh/L 和 137 Wh/kg ，EPA 续航里程为 383 km 。可以看出，从 Spark EV 到 Bolt ，电芯数量增加了一半，电池体积增加了 0.7 倍，电池重量增加了一倍，电池系统的能量密度也增加了一半，而车辆续航里程则增加了两倍。重新设计后的车辆底盘，更有利于电池系统的布局。除了具有历史代表意义的通用电动车（特斯拉也曾经借鉴过 EV1 的设计）以外，另外一款全球知名的畅销电动车是 Nissan Leaf 。要说 Spark EV 的电池布置虽然局促，但形状还算平整。到了 Nissan Leaf 身上，本来形状非常规则的软包电芯堆叠到一起，被布置出一个不规则形状，来适应车辆上的座位结构。一个电池包里，有横着放的，有竖着放的，简直逼死强迫症。完全没有体现出日本人应有的处女座特质。

编辑：新出行

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