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混动流派大PK:电池技术到底哪家强?

导读: 就在今年,大众、通用、宝马等,也都纷纷推出了混合动力汽车,混动似乎突然之间火了。那么混动产生了哪些流派?这真是一个大问题。个人觉得有3个角度是可以论一论“流派”的。

  OFweek新能源汽车网讯 9月28日晚上,本田新雅阁混动版正式上市,正在以各种姿势刷爆朋友圈。

  就在今年,大众、通用、宝马等,也都纷纷推出了混合动力汽车,混动似乎突然之间火了。

  在纠结该不该买混动汽车之前,不妨先读读这篇纯技术文章。

  混动产生了哪些流派?这真是一个大问题。个人觉得有3个角度是可以论一论“流派”的:

  1)系统构型:行星齿轮派与非行星齿轮派

  2)电池技术:锂电池派与镍氢电池派

  3)电机技术:永磁同步派与感应电机派

  本文主要从电池技术的角度来捋一捋不同的混动流派,电池技术哪家强呢?

  锂电池路线vs镍氢电池路线

  正如谈纯电动避不开特斯拉一样,谈混合动力的时候,也都要和丰田普锐斯进行对比。

  丰田普锐斯的混动系统构型堪称完美,近20年都无需大改,沿用至今。但其在电池类型的选择上,却是另外一番景象——丰田一直以镍氢电池为主,直至第4代普锐斯才提供了锂电池与镍氢电池两个版本,锂电池组,仅有56个Cells,而镍氢电池组则有168个Cells,因此两者在成本价格上相去不远,且输出电压也在伯仲之间,但锂电池组的重量较镍氢电池组轻了16公斤。与锂电池相比,镍氢电池有固有的劣势,可以预见到,丰田在不远的将来,将不得不转为以锂电池为主。

  而作为对比的通用,则从最原始的BAS系统(皮带助力微混)到插电的沃蓝达、以及SPARK电动车,都坚决采用了锂电池路线。最近看过一篇很有意思的文章《原来特斯拉的电动车技术来自于TA》,文中讲到通用是锂电池路线的倡导者,通用EV1项目的负责人和特斯拉Roadster也颇有渊源。通用涉足电动车的历史可能要追溯到1990年(甚至更早),通用当年推出了一款电动车“Impact”,并提供给用户进行试用。

  尽管该项目后来搁浅,试用的样车也被尽数回收,但是通过该项目积累了大量的电动车经验和技术,用在后续的VOLT、BEV以及BOLT上。后续从VOLT开始,大规模使用锂电池技术。即使只有0.5kWh电池的上一代君越eAssist,都采用了锂电池,要知道同时代别的微混车都在用铅酸。因此,通用在锂电池应用这一领域可谓占尽了先机,是第一个在所有从混动到纯电动都使用锂电池的厂家。可以说,通用是锂电池车用领域“第一个吃螃蟹的人”,这也是为什么要把通用单独拎出来,作为“锂电池派”的典型。

  通用锂电池派与丰田镍氢电池派相比,有以下区别:

  a)能量密度:

  电池的主要用途是储存能量,因此能量密度是电池的最重要参数,在这方面锂电池对比镍氢电池有较大的优势。以2012年推出的第三代普锐斯镍氢电池为例,1.3kWh容量,重量却达到53.3kg,能量密度才24.4Wh/kg;而同时代通用推出的VOLT,采用锂电池,电池包容量16kWh,重量为181.4kg,能量密度为88.2Wh/kg,两者能量密度差了差不多4倍。通用的最新产品,BOLT使用的电池包为LG的层状电池60kWh,435kg,其能量密度达到了138Wh/kg,最近上市的君越混动版本,采用了第二代Voltech,使用1.5kWh电池包,可为60kW和54kW的两个电机提供动力,功率密度可见一斑。

  从这个角度来看,丰田还停留在中度混合动力的阶段,以短期降低油耗为目的,而对未来的战略并不明朗;而通用是冲着深度混合动力方向去的,甚至为纯电动做好了技术铺垫,混合动力-插电式-纯电动的技术路线已经非常明确。

  b)电池容量:

  从电池容量来说,普锐斯的电池容量仅能提供不到10公里的纯电动行驶,而通用VOLT则可以提供多达60km的纯电动续驶里程。因此,丰田对于电池的思路就是辅助系统,而通用则把电池放到了和发动机同等重要的位置上。也就是说,丰田的混合动力还是以发动机为主,比如研发了阿特金森循环发动机,而通用的混合动力则把电池放在了较为重要的地位。

  c)电池管理技术水平

  从技术角度,锂离子电池系统比镍氢电池系统要复杂,技术难度更大。锂电池虽然能量密度高,使用寿命长,但对温度更加敏感,需要设计复杂的热管理系统。例如,通用第二代VOLT设计了多种模式的热管理系统,可以用废热给电池加热,也可以用空调给电池冷却,设计非常节能和精妙,有效地增加了电池寿命和性能。而镍氢电池对温度敏感性较差,设计简单的热管理系统即可。另一方面,通用锂离子电池包较大(比如VOLT电池容量是普锐斯的十多倍),使用更先进的均衡技术、充放电控制技术等,使得Volt的电池组内的温度差可控制在2°C以内,有力地支持了8年的电池组寿命保证期。

  通用的凯迪拉克CT6电池管理技术来源于第二代Volt电池管理的技术基础,也充分展示了在电池集成与管理方面的最高水平:由3段96S2P电池(96个电芯Cell,每个电芯包含2个电芯对Cell Pair)组成,外部由高压压铸铝板进行相应的保护,内部还包含必须的高低压线束以及散热管Thermal Plumbing,并在电芯间加入了水冷散热鳍片,模块化设计使得可以灵活配置电池组的外形与容量。

  作为一名工程师,在我看来,特斯拉的电池管理水平已不低,但在通用这种“老司机”炫技一般的水平看来,还是略显稚嫩。不仅特斯拉,丰田在电池管理技术上的投入也较少。锂电池派与镍氢电池派在电池管理水平上的差距,主要是由于丰田认为电池处于辅助地位,自然投入的研发成本较低,以投入性价比为主;而通用则认为电池是动力系统的半壁江山,对电池及其管理技术进行了深入研究。

  不知道为什么,看到通用的双行星齿排系统与电池管理系统,令人眼花缭乱,让人感叹鬼斧神工,这总是让我想到另外两个工程师向往的企业:摩托罗拉与索尼。不管怎么说吧,这技术水平是杠杠的。

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责任编辑:LGM
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