Lucid 執行長親自揭密,Lucid Air 電池為何能擁有超長續航

作者 | 發布日期 2022 年 03 月 11 日 16:17 | 分類 汽車科技 , 鋰電池 , 電動車 line share follow us in feedly line share
Lucid 執行長親自揭密,Lucid Air 電池為何能擁有超長續航


Lucid Air 是目前市售電動車能耗最佳、續航力最長,最新科技對話,Lucid 執行長羅林森親自解釋設計,以及達成超長續航力的關鍵技術。

2021 年第四季開始交車的 Lucid Air,是目前市售電動車續航最長,首批量產 Lucid Air Dream Edition 最高可行駛超過 800 公里,同時擁有 933 馬力的驚人動力。Lucid Motor 執行長兼技術長羅林森(Peter Rawlinson)在最新影片介紹如何設計出這輛車的核心:電池組。

Lucid Air 電池組容量為 112kWh,電池組則是電池芯(cell)組成。Lucid 使用 21700 鋰電池,但他們如何決定電池組容量的?

「其實我們不知道要用多少電池才夠,但計算方式很簡單。」羅林森指出,多年來他們認為合理的電動車續航力應是 400 英里(約 640 公里),而技術進步讓每英里能耗約到 250Wh,相乘下,他們知道電池組容量必須有 100kWh。

每顆 21700 電池芯約有 17~18Wh 電量,100kWh 電池組就代表至少需 6 千顆電池芯,才能達成所需電量。確定了目標,接下來就是工程師出場的時候了,如何把 6,600 顆高壓、高溫、沉重的電池芯塞進一輛車?

LEAP 底盤結構

由於電池極重,除了往車底塞,幾乎不做他想,因此底盤設計幾乎決定電動車的一切,這也是為什麼各大車廠都推出全新底盤架構,唯有如此才能打造有效率的電動車。Lucid Air 採用稱為 LEAP(Lucid Electric Advanced Platform)架構的 skateboard 設計。

「很多車廠都有 skateboard 底盤,但 Lucid Air 從最開始就將 Space 概念放在核心。」羅林森表示,Space 概念讓 Lucid Air 外觀更小更精簡,內在空間卻更大更舒適,關鍵就在自製的動力系統。

▲ Lucid 使用的 LEAP 底盤。

Lucid 的永磁同步馬達與逆變器、差速器、傳動系統整合,形成超高壓 900V 動力單元,重量僅 74 公斤,體積和手提行李袋相近。由於精簡設計,LEAP 底盤拉出較大空間,足以容納巨大的電池組。

相較許多車廠一片平坦的電池組,Lucid Air 電池組在最後方,堆疊兩大塊電池包,剛好位於後座椅下方,搭配設計的電池組外框,兼顧容量、剛性和安全性。

將這些高溫電池擠在一起顯然很危險,因此散熱管理是電池組最重要的環節。Lucid Air 電池組將電池芯上下顛到放置,連結器在下方,冷卻裝置在上,一方面提升冷卻效益,一方面熱源遠離乘客,確保安全性。

電池組下方,Lucid Air 放入多個複合材質護盾,也發揮雙重作用,確保安全同時,厚約 8 公釐的護盾,在車底切割成特殊弧型,創造風切效果,使整輛車空氣力學表現更提升。

這一切並非工程師天馬行空想像,而是透過 Lucid 前身、Atieva 多年投入電動方程式賽車的經驗而來。「Lucid Air 的電池組可說是 Formula E 電動賽車電池量產化、成本管控後的親戚。」羅林森認為,這就是打造 Lucid Air 心臟的關鍵。

打開 Lucid Air 電池包的正確方式

相較許多車廠使用 400V 電壓架構,Lucid 選擇串聯所有電池包,電池包內 10 顆電池芯串聯成一組,每個電池包有 42V 電壓;每 30 顆電池並聯,確保所需電量。

Lucid Air 串聯 22 個電池包,每個電池包電壓為 42V,達成 924V 超高壓架構。為什麼要這麼高的電壓呢?

▲ Lucid 電池組串並聯方式,可由這角度清楚看見。

「這是基本的物理法則,當電壓加倍,只需一半電流即可達成相同輸出。」羅林森解釋,重要的是當電流減半,能量流失縮小到四分之一。因此 Lucid 和充電營運商 Electrify America 合作,打造 1,000V 快速充電設備,更有效率充電。

搭配高壓快充設備,Lucid Air 能以 300kW 功率充電,21 分鐘左右補滿 300 英里(約 480 公里)續航力。不過高壓就能帶來高速充電並不完全正確。

「每顆電池芯的電壓都是 4.2V,不管用 100V 還是 1,000V,這顆電池芯就只能接受 4.2V。」羅林森指出,高壓架構的好處並不僅電池,還要考慮其他系統。舉例來說,Lucid Air 電池使用鋁為接頭原料,而不是常見的銅,雖然銅導電效果更佳,但鋁卻讓電池組更輕,從整車角度來看,高壓系統的好處是整體效果,而非單純只有充電速度。

散熱部分,Lucid 也有不同選擇,如前述電池芯是屁股朝上,散熱板同樣安裝在上方,如此電池就是完整「屁股」接觸散熱板,獲得良好冷卻。「從側邊散熱也有好處,但相對會犧牲空間,因此我們選擇空間優先。」羅林森表示,別忘了電池芯側面都是弧面,要在側面完美散熱接觸,遠比想像困難。

▲ 冷卻液從一端進入,另一端出來,板子的凹凸能增加液體接觸面積。

就連散熱板 Lucid 也很講究,細看這片鋁製散熱板,上面有許多凹凸設計和溝槽,為了讓冷卻液流動時產生亂流,如此就能更有效吸收帶走更多熱能。

一粗一細是 Lucid 的大祕寶

最後羅林森公開他認為 Lucid Air 最大的電池設計祕訣,在於電池芯連接。「電阻是終極敵人,但要如何減少系統電阻?」羅林森說,從多年電動賽車經驗,想出一個簡單聰明的方法。

▲ 兩條不同尺寸的導線,是 Lucid 的祕方。

電池正極使用較細導線,負極使用較粗導線,如此就能大幅降低能量散失,同時又確保安全性。據羅林森說法,這看似簡單的設計,業界還沒有其他人使用,而這就是 Lucid 電池高效率的祕密之一。

(圖片來源:影片截圖)