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 Telegram share ! follow us in feedly


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)

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